Scienziati dell'Università della California, San Diego, hanno progettato minuscole particelle sferiche per galleggiare facilmente attraverso il flusso sanguigno dopo l'iniezione, quindi assemblare in un'impalcatura durevole all'interno del tessuto malato. Un enzima prodotto da un tipo specifico di tumore può innescare la trasformazione delle sfere in strutture reticolari che si accumulano nel sito di un cancro, la squadra riporta sul giornale Materiale avanzato questa settimana.

I trattamenti mirati specificamente alle cellule cancerose o ad altre cellule malate dipendono da alcuni mezzi per accumulare alti livelli di un farmaco o altro agente terapeutico nel sito specifico e mantenerlo lì. Finora la maggior parte degli sforzi dipende dall'abbinamento di un pezzo della molecola che rilascia il farmaco a recettori specifici sulla superficie della cellula bersaglio.

L'ispirazione per questa nuova strategia è venuta dai sistemi biologici che usano la forma per alterare la capacità di qualcosa di bloccarsi o scivolare via e fuggire, disse Nathan Gianneschi, professore di chimica e biochimica, che ha guidato il progetto.

"Volevamo trovare un nuovo approccio, — disse Gianneschi. — Nello specifico, volevamo progettare materiali intercambiabili che potessimo iniettare in una forma e farli cambiare in un'altra tra il sangue e i tumori".

Alcuni tessuti cancerosi producono alti livelli di una classe di molecole chiamate MMP, per metalloproteinasi di matrice. Questi enzimi cambiano il comportamento delle altre proteine ​​alterando la loro configurazione molecolare, portando a metastasi. Gianneschi e colleghi hanno sfruttato questa capacità di alterare le loro nanoparticelle in modi che le avrebbero indotte a indugiare nel sito del tumore.

"Abbiamo capito come creare un materiale autonomo che potesse percepire il suo ambiente e cambiare di conseguenza, " ha detto Gianneschi.

Ogni nanoparticella è composta da molte molecole simili a detergenti con un'estremità che si mescola facilmente con l'acqua e un'altra che la respinge. In soluzione, si autoassemblano in palline con le estremità idrorepellenti all'interno, e in quella configurazione può essere facilmente iniettato in una vena.

Quando miscelato con MMP in fiale, gli enzimi hanno intaccato i peptidi sulla superficie delle sfere, che si ricomponeva in fili reticolari.

Il team ha testato ulteriormente il concetto iniettando le loro nuove nanoparticelle in topi con fibrosarcomi umani, un tipo di cancro che produce alti livelli di MMP.

Per segnare quando le sfere si sono rotte per formare altre strutture, i chimici hanno messo uno dei due coloranti fluorescenti, rodamina o fluoresceina, all'interno delle sfere. Nelle vicinanze, i coloranti interagiscono per creare un segnale luminoso specifico chiamato FRET per Förster Resonance Energy Transfer, quando l'energia passa dalla rodamina alla fluoresceina.

In un giorno hanno rilevato segnali FRET che indicavano che le sfere si erano riassemblate nei siti dei tumori, e il segnale persisteva per almeno una settimana.

Il trattamento non è intrinsecamente tossico. Non sembrava cambiare in alcun modo i tumori, e fegato e reni, gli organi più vulnerabili ai danni collaterali dei trattamenti perché eliminano le tossine dal corpo, erano normali e sani otto giorni dopo l'iniezione.

Diverse versioni di queste nanoparticelle potrebbero essere progettate per rispondere a segnali inerenti ad altri tipi di cancro e tessuto infiammato, dicono gli autori. Le sfere possono anche essere progettate per trasportare droghe, o diverse sonde diagnostiche.

Proprio adesso, questa stessa squadra sta sviluppando nanoparticelle che trasportano un colorante a infrarossi, che consentirebbe loro di visualizzare i tumori più in profondità all'interno del corpo insieme ad altri materiali che possono essere visualizzati con strumenti comunemente disponibili in clinica.