Cellule maligne che lasciano un tumore primitivo, viaggiare nel flusso sanguigno e crescere senza controllo in nuove posizioni causa la stragrande maggioranza dei decessi per cancro. La nuova nanotecnologia sviluppata presso la Case Western Reserve University rileva queste metastasi in modelli murini di cancro al seno molto prima dei metodi attuali, un passo avanti, diagnosi e cure salvavita.

Un team di scienziati, ingegneri e studenti di cinque discipline hanno costruito nanocatene che ospitano le metastasi prima che si sviluppino in nuovi tessuti, e, attraverso la risonanza magnetica, rilevare le loro posizioni.

Le immagini della posizione precisa e dell'estensione delle metastasi potrebbero essere utilizzate per guidare l'intervento chirurgico o l'ablazione, o la stessa tecnologia utilizzata per trovare il cancro potrebbe essere utilizzata per somministrare farmaci antitumorali direttamente alle cellule prima che si formi un tumore, suggeriscono i ricercatori.

Il lavoro è descritto nel numero online di questa settimana della rivista dell'American Chemical Society ACS Nano .

"Le micrometastasi non si vedono ad occhio nudo, ma devi prenderli in questa fase - vedere i punti esatti in cui si trovano e vederli tutti, " disse Efstathios Karathanasis, assistente professore di ingegneria biomedica e radiologia, e autore anziano. "Anche se ne perdi solo uno, prolunghi la sopravvivenza, ma una metastasi può ancora uccidere."

Karathanasis ha lavorato con il ricercatore associato Pubudu M. Peiris, studente laureato Randall Giocattolo; studenti universitari Elizabeth Doolittle, Jenna Pansky, Aaron Abramowski, Morgan Tam, Pietro Vicente, Emily Tran, Elliott Hayden e Andrew Camann; lo studente di medicina Zachary Berman, ricercatrice senior Bernadette O. Erokwu, professore di ingegneria biomedica David Wilson, professore associato di ingegneria chimica Harihara Baskaran; e, dalla Case Western Reserve School of Medicine, assistente professore di radiologia Chris A. Flask e professore associato di farmacologia e vicepresidente del dipartimento Ruth A. Keri.

Le tecnologie di rilevamento del tumore non riescono a scoprire le cellule tumorali che hanno preso piede in nuove posizioni perché le metastasi giovani non si comportano come i tumori stabiliti.

Dopo che una cellula del cancro al seno entra nel flusso sanguigno, più spesso si ferma nel fegato, milza o polmoni e inizia a sovraesprimere molecole di superficie chiamate integrine. Le integrine fungono da collante tra la cellula cancerosa e il rivestimento di un vaso sanguigno che alimenta l'organo.

"Miriamo alle integrine, "Karathanasis ha detto. "Le normali pareti dei vasi sanguigni non presentano integrine verso il sito del sangue a meno che le cellule tumorali non si attacchino lì".

Per capire il marcatore del cancro, i ricercatori avevano prima bisogno di costruire un nano dispositivo che si allontanasse dal flusso centrale del flusso sanguigno e raggiungesse le pareti dei vasi sanguigni. La forma più comune delle nanoparticelle è una sfera, ma una sfera tende ad andare con il flusso.

Il team di Karathanasis ha adattato le nanoparticelle per collegarle l'una all'altra in modo molto simile a una pila di Lego. Per le sue dimensioni e la sua forma, la catena oblunga precipita fuori dalla corrente principale e costeggia le pareti del vaso.

L'esterno della catena ha più siti progettati per legarsi con le integrine. Una volta che un sito si aggancia, altri si aggrappano. Rispetto alle nanosfere, la velocità di attacco delle catene nei test di flusso era quasi 10 volte superiore.

Per consentire a un medico di vedere dove si trovano poche cellule cancerose in un mare di cellule sane, gli scienziati hanno incorporato marcatori fluorescenti e, per rendere le nanocatene più visibili nella risonanza magnetica, quattro maglie in ossido di ferro.

Prossimo, il team ha testato le catene in un modello murino di una forma aggressiva di cancro al seno che metastatizza in siti e organi più o meno allo stesso modo degli esseri umani.

Da ricerche consolidate, sapevano che le metastasi sarebbero state presenti cinque settimane dopo l'inizio della modellazione. Hanno iniettato nanocatene nel flusso sanguigno e, in un'ora, due tecniche di imaging - tomografia molecolare a fluorescenza e risonanza magnetica - hanno mostrato dove le cellule tumorali viaggianti avevano stabilito punti d'appoggio, principalmente nel fegato, polmoni e milza.

Le metastasi localizzate utilizzando le nanocatene variavano da 0,2 a 2 millimetri di diametro.

L'imaging successivo ad alto ingrandimento ha mostrato che queste cellule tumorali metastatiche sono state trovate principalmente nelle pareti dei vasi sanguigni, prima che avessero il tempo di crescere nel tessuto degli organi.

"Una volta che le cellule metastatiche si muovono nel tessuto, sviluppare il proprio microambiente, e crescere in una lesione di 1 centimetro, indica tipicamente uno stadio avanzato della malattia metastatica che ha un esito sfavorevole, "Ha detto Karathanasis.

Secondo l'American Cancer Society, il tasso di sopravvivenza a 5 anni dei pazienti con cancro al seno diminuisce drasticamente dal 98 percento nei casi che contraggono la malattia quando ha prodotto solo una lesione primaria localizzata al 23 percento nei casi in cui sono cresciute grandi metastasi a distanza.

Ora che hanno dimostrato che il concetto funziona, il team sta portando a bordo radiologi clinici guidati da Vikas Gulani, assistente professore di radiologia. Il loro compito è aiutare con un nuovo studio, calcolando quanto nuovo cancro la tecnologia trova e quanto manca.