Le nanoparticelle hanno mostrato grandi promesse nella somministrazione mirata di farmaci alle cellule, ma i ricercatori dell'Università della Georgia hanno perfezionato ulteriormente il processo di somministrazione dei farmaci utilizzando nanoparticelle per fornire farmaci a uno specifico organello all'interno delle cellule.

Prendendo di mira i mitocondri, spesso chiamato "la centrale elettrica delle cellule, " i ricercatori hanno aumentato l'efficacia delle terapie ad azione mitocondriale usate per curare il cancro, Morbo di Alzheimer e obesità in studi condotti con cellule in coltura.

"Il mitocondrio è un organello complesso che è molto difficile da raggiungere, ma queste nanoparticelle sono progettate in modo da svolgere il lavoro giusto nel posto giusto, ", ha affermato l'autore senior Shanta Dhar, un assistente professore di chimica presso l'UGA Franklin College of Arts and Sciences.

Dhar e il suo coautore, studente di dottorato Sean Marrache, utilizzato un biodegradabile, Polimero approvato dalla FDA per fabbricare le loro nanoparticelle e quindi ha utilizzato le particelle per incapsulare e testare farmaci che trattano una varietà di condizioni. I loro risultati sono stati pubblicati questa settimana nella prima edizione della rivista Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

Per testare l'efficacia del loro sistema di targeting dei farmaci contro il cancro, hanno incapsulato il farmaco lonidamina, che agisce inibendo la produzione di energia nei mitocondri, e, separatamente, una forma della vitamina E antiossidante. Hanno quindi trattato le cellule tumorali in coltura e hanno scoperto che il targeting mitocondriale aumentava l'efficacia dei farmaci di oltre 100 volte rispetto ai soli farmaci e di cinque volte rispetto alla somministrazione di farmaci con nanoparticelle che mirare all'esterno delle cellule.

Allo stesso modo, il composto curcumina ha mostrato risultati promettenti nell'inibire la formazione delle placche amiloidi che sono un segno distintivo della malattia di Alzheimer, ma si degrada rapidamente in presenza di luce e viene scomposto rapidamente dal corpo. Incapsulando la curcumina nelle nanoparticelle mirate ai mitocondri, però, i ricercatori sono stati in grado di ripristinare la capacità delle cellule cerebrali in coltura di sopravvivere nonostante la presenza di un composto che incoraggia la formazione della placca. Quasi il 100% delle cellule trattate con le nanoparticelle mirate ai mitocondri è sopravvissuto in presenza del composto che induce la placca, rispetto al 67 percento delle cellule trattate con curcumina libera e al 70 percento delle cellule trattate con nanoparticelle che prendono di mira l'esterno delle cellule.

Finalmente, i ricercatori hanno incapsulato il farmaco per l'obesità 2, 4-DNP, che funziona rendendo meno efficiente la produzione di energia nei mitocondri, nelle loro nanoparticelle e ha scoperto che riduceva la produzione di grasso da parte delle cellule coltivate note come preadipociti del 67 percento rispetto alle cellule trattate con il solo farmaco e del 61 percento di cellule trattate con nanoparticelle che prendono di mira l'esterno delle cellule.

"Molte malattie sono associate a mitocondri disfunzionali, ma molti dei farmaci che agiscono sui mitocondri non possono arrivarci, "Marrache ha detto. "Piuttosto che cercare di alterare le droghe, che possono ridurne l'efficacia, li incapsulamo in queste nanoparticelle e le consegniamo con precisione ai mitocondri".

Dhar ha detto che portare farmaci ai mitocondri non è un'impresa semplice. Entrando nelle cellule, le nanoparticelle entrano in un centro di smistamento noto come endosoma. La prima cosa che Dhar e Marrache hanno dovuto dimostrare è che le nanoparticelle fuoriescono dall'endosoma e non finiscono nel centro di smaltimento delle cellule, il lisosoma.

I mitocondri stessi sono protetti da due membrane separate da uno spazio interstiziale. La membrana esterna lascia passare solo molecole di una certa dimensione, mentre la membrana interna lascia passare solo molecole di un dato intervallo di cariche. I ricercatori hanno costruito una libreria di nanoparticelle e le hanno testate fino a quando non hanno identificato l'intervallo di dimensioni ottimale:da 64 a 80 nanometri, o circa 1, 000 volte più sottile della larghezza di un capello umano e una carica superficiale ottimale, più 34 millivolt.

Dhar osserva che i componenti utilizzati per creare le nanoparticelle sono approvati dalla FDA e che i loro metodi sono altamente riproducibili e quindi hanno il potenziale per essere tradotti in contesti clinici. I ricercatori stanno attualmente testando il loro sistema di somministrazione mirata nei roditori e affermano che i risultati preliminari sono promettenti.

"Le disfunzioni mitocondriali causano molti disturbi nell'uomo, "Dhar ha detto, " quindi ci sono diverse potenziali applicazioni per questo sistema di consegna."