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  • Le nanoparticelle migliorate rilasciano farmaci nel cervello

    L'imaging in tempo reale di un cervello di roditore mostra che le nanoparticelle ricoperte di glicole polietilenico (PEG) (verde) penetrano più lontano all'interno del cervello rispetto alle particelle prive di rivestimento PEG (rosso). Credito:Elizabeth Nance, Graeme Woodworth, Kurt marinaio

    Il cervello è un organo notoriamente difficile da trattare, ma i ricercatori della Johns Hopkins riferiscono di essere un passo più vicini all'avere un sistema di somministrazione di farmaci abbastanza flessibile da superare alcune sfide chiave poste dal cancro al cervello e forse da altre malattie che colpiscono quell'organo.

    In un rapporto pubblicato online il 29 agosto in Scienza Medicina Traslazionale , il team della Johns Hopkins afferma che i suoi bioingegneri hanno progettato nanoparticelle che possono infiltrarsi in modo sicuro e prevedibile in profondità nel cervello quando vengono testate su roditori e tessuti umani.

    "Siamo lieti di aver trovato un modo per evitare che le particelle incorporate nella droga si attacchino all'ambiente circostante in modo che possano diffondersi una volta che sono nel cervello, "dice Justin Hanes, dottorato di ricerca, Lewis J. Ort Professore di oftalmologia, con incarichi secondari in ingegneria chimica e biomolecolare, Ingegneria Biomedica, oncologia, chirurgia neurologica e scienze della salute ambientale, e direttore del Johns Hopkins Center for Nanomedicine.

    Durante un intervento chirurgico per asportare un tumore al cervello, è possibile l'accesso diretto al cervello e allo spazio tra le sue cellule. Le nanoparticelle convenzionali che trasportano farmaci chemioterapici possono essere applicate durante l'intervento chirurgico, ma sostanzialmente rimangono sulla superficie dove vengono applicati (frecce rosse). Le nanoparticelle rivestite con una quantità sufficiente di PEG hanno la capacità di diffondersi attraverso il tessuto (frecce viola) in modo da poter migrare verso le singole cellule tumorali che sono fuggite dalla massa tumorale. Credito:©2011. Johns Hopkins Dipartimento di Neurochirurgia. Tutti i diritti riservati. Ian Suku

    Dopo un intervento chirurgico per rimuovere un tumore al cervello, i protocolli di trattamento standard includono l'applicazione della chemioterapia direttamente al sito chirurgico per uccidere le cellule rimaste che non possono essere rimosse chirurgicamente. Ad oggi, questo metodo per prevenire la recidiva del tumore è solo moderatamente efficace, in parte, perché è difficile somministrare una dose di chemioterapia sufficientemente alta da penetrare sufficientemente nel tessuto per essere efficace e sufficientemente bassa da essere sicura per il paziente e per i tessuti sani.

    Per superare questa sfida di dosaggio, ingegneri hanno progettato nanoparticelle - circa un millesimo del diametro di un capello umano - che rilasciano il farmaco in piccoli, quantità costanti nel tempo. Le nanoparticelle convenzionali per la somministrazione di farmaci sono realizzate intrappolando molecole di farmaco insieme a microscopiche, molecole simili a fili in una palla stretta, che si degrada lentamente a contatto con l'acqua. Secondo Charles Eberhart, M.D., un patologo della Johns Hopkins e collaboratore di questo lavoro, queste nanoparticelle storicamente non hanno funzionato molto bene perché si attaccano alle cellule nel sito di applicazione e tendono a non migrare più in profondità nel tessuto.

    Elisabetta Nance, uno studente laureato in ingegneria chimica e biomolecolare presso Hopkins, e il neurochirurgo di Hopkins Graeme Woodworth, M.D., sospettavano che la penetrazione dei farmaci potesse essere migliorata se le nanoparticelle di somministrazione del farmaco interagissero minimamente con l'ambiente circostante. Nance ha rivestito per la prima volta perle di plastica di dimensioni nanometriche di varie dimensioni con una molecola clinicamente testata chiamata PEG, o poli(etilenglicole), che era stato dimostrato da altri per proteggere le nanoparticelle dai meccanismi di difesa del corpo. Il team ha pensato che uno strato denso di PEG potrebbe anche rendere le perline più scivolose.

    Il team ha quindi iniettato le perline rivestite in fette di tessuto cerebrale di roditore e umano. Hanno prima etichettato le perline con etichette luminose che hanno permesso loro di vedere le perline mentre si muovevano attraverso il tessuto. Rispetto alle perle non rivestite con PEG, o perline con un rivestimento PEG meno denso, hanno scoperto che un denso rivestimento di PEG permetteva a perline più grandi di penetrare nel tessuto, anche quelle perline che erano quasi il doppio delle dimensioni precedentemente ritenute il massimo possibile per la penetrazione all'interno del cervello. Hanno quindi testato queste perle in cervelli di roditori vivi e hanno trovato gli stessi risultati.

    I ricercatori hanno quindi preso nanoparticelle biodegradabili che trasportano il farmaco chemioterapico paclitaxel e le hanno rivestite con PEG. Come previsto, nel tessuto cerebrale di ratto, le nanoparticelle senza il rivestimento PEG si muovevano molto poco, mentre le nanoparticelle ricoperte di PEG si sono distribuite abbastanza bene.

    "È davvero eccitante che ora abbiamo particelle che possono trasportare cinque volte più droga, rilascialo per tre volte più a lungo e penetra più a fondo nel cervello di prima, ", afferma Nance. "Il passo successivo è vedere se possiamo rallentare la crescita del tumore o la recidiva nei roditori". Woodworth ha aggiunto che il team "vuole anche ottimizzare le particelle e associarle a farmaci per curare altre malattie del cervello, come la sclerosi multipla, ictus, trauma cranico, Alzheimer e Parkinson." Un altro obiettivo per il team è essere in grado di somministrare le loro nanoparticelle per via endovenosa, che è una ricerca che hanno già iniziato.


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