I farmaci a base di proteine ​​hanno mostrato risultati promettenti nel trattamento del cancro, ma sono difficili da consegnare perché il corpo di solito scompone le proteine ​​prima che raggiungano la loro destinazione.

Per aggirare quell'ostacolo, un team di ricercatori del MIT ha sviluppato un nuovo tipo di nanoparticella in grado di sintetizzare proteine ​​su richiesta. Una volta che queste particelle "fabbrica di proteine" raggiungono i loro obiettivi, i ricercatori possono attivare la sintesi proteica illuminandole con luce ultravioletta.

Le particelle potrebbero essere utilizzate per fornire piccole proteine ​​che uccidono le cellule cancerose, e infine proteine ​​più grandi come gli anticorpi che attivano il sistema immunitario per distruggere i tumori, dice Avi Schroeder, un postdoc presso il David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT e autore principale di un articolo apparso sulla rivista Nano lettere .

"Questa è la prima prova del concetto che puoi effettivamente sintetizzare nuovi composti da materiali di partenza inerti all'interno del corpo, "dice Schroeder, che lavora nei laboratori di Robert Langer, Il professore del David H. Koch Institute del MIT, e Daniel Anderson, professore associato di scienze e tecnologia della salute e ingegneria chimica.

Langer e Anderson sono anche autori dell'articolo, insieme all'ex postdoc del Koch Institute Michael Goldberg, Christian Kastrup e Christopher Levins

Imitando la natura

I ricercatori hanno avuto l'idea delle particelle che costruiscono proteine ​​quando hanno cercato di pensare a nuovi modi per attaccare i tumori metastatici, quelli che si diffondono dal sito originale del cancro ad altre parti del corpo. Tali metastasi causano il 90% dei decessi per cancro.

Hanno deciso di imitare la strategia di produzione delle proteine ​​che si trova in natura. Le cellule immagazzinano le istruzioni per la costruzione delle proteine ​​nel DNA, che viene poi copiato nell'RNA messaggero. Quell'mRNA trasporta i modelli proteici alle strutture cellulari chiamate ribosomi, che leggono l'mRNA e lo traducono in sequenze di amminoacidi. Gli amminoacidi sono messi insieme per formare le proteine.

“Volevamo utilizzare macchinari che si sono già dimostrati molto efficaci. I ribosomi sono usati in natura, e sono stati perfezionati dalla natura nel corso di miliardi di anni per essere la migliore macchina in grado di produrre proteine, "Dice Schroeder.

I ricercatori hanno progettato le nuove nanoparticelle per autoassemblarsi da una miscela che include lipidi - che formano i gusci esterni delle particelle - più una miscela di ribosomi, aminoacidi e gli enzimi necessari per la sintesi proteica. Nella miscela sono incluse anche le sequenze di DNA per le proteine ​​desiderate.

Il DNA è intrappolato da un composto chimico chiamato DMNPE, che ad esso si lega reversibilmente. Questo composto rilascia il DNA se esposto alla luce ultravioletta.

"Vuoi essere in grado di attivarlo in modo che il sistema si accenda solo quando vuoi che funzioni, "Dice Schroeder. “Quando le particelle vengono colpite dalla luce, il DNA viene rilasciato da un composto ingabbiato e quindi può entrare nel ciclo di produzione della proteina”.

Fabbriche programmabili

In questo studio, le particelle sono state programmate per produrre la proteina fluorescente verde (GFP) o la luciferasi, entrambi facilmente individuabili. I test sui topi hanno mostrato che le particelle sono state indotte con successo a produrre proteine ​​quando la luce UV le ha colpite.

Attendere che le particelle raggiungano la loro destinazione prima di attivarle potrebbe aiutare a prevenire gli effetti collaterali di un farmaco particolarmente tossico, dice James Heath, professore di chimica al California Institute of Technology. Però, devono essere fatti più test per dimostrare che le particelle raggiungerebbero la loro destinazione prevista negli esseri umani, e che possono essere utilizzati per produrre proteine ​​terapeutiche, lui dice.

“Ci sono ancora molti dettagli da elaborare affinché questo sia un approccio terapeutico praticabile, ma è un concetto davvero fantastico e innovativo, e di certo stimola l'immaginazione, "dice Heath, che non faceva parte del gruppo di ricerca.

I ricercatori stanno ora lavorando su particelle in grado di sintetizzare potenziali farmaci antitumorali. Alcune di queste proteine ​​sono tossiche sia per le cellule cancerose che per quelle sane, ma utilizzando questo metodo di somministrazione, la produzione di proteine ​​potrebbe essere attivata solo nel tumore, evitare effetti collaterali nelle cellule sane.

Il team sta anche lavorando a nuovi modi per attivare le nanoparticelle. I possibili approcci includono la produzione innescata dal livello di acidità o da altre condizioni biologiche specifiche di determinate regioni o cellule del corpo.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.