La visione di Omid Farokhzad del futuro della medicina assomiglia molto alla fantascienza. Vede la medicina ridotta, con nanoparticelle incredibilmente piccole che giocano un ruolo importante, somministrare dosi di farmaco misurate in molecole direttamente ai tumori cancerosi.

Vede particelle "teranostiche" che non solo forniscono nanoterapia, ma anche ritrasmettere immagini diagnostiche di cellule tumorali in cambiamento. Vede nanoparticelle "intelligenti" che rilasciano piccole dosi di farmaci, come l'insulina, in risposta alle condizioni del corpo, come cambiare i livelli di zucchero nel sangue.

Farokhzad vede vaccini a base di nanoparticelle che possono togliere la gioia dal fumo e invertire le allergie, e lo sviluppo di nanoparticelle terapeutiche che possono essere assunte per via orale anziché iniettate, l'apertura di nuove classi di farmaci, come le statine che abbassano il colesterolo, alla terapia con nanoparticelle.

Professore associato di anestesia presso la Harvard Medical School (HMS) e il Brigham and Women's Hospital (BWH), affiliato ad Harvard, Farokhzad vede queste cose perché sta aiutando a portarle alla realtà. Dei sette farmaci candidati mirati a base di nanoparticelle attualmente in sperimentazione umana, due si basano su tecnologie sviluppate in parte nel suo laboratorio.

"Penso che la medicina che i miei figli vedranno nei prossimi 30-40 anni sarà molto diversa da quella che pratichiamo oggi, " disse Farokhzad, il direttore del Laboratorio di nanomedicina e biomateriali di Brigham. "Le terapie mirate saranno il cardine del trattamento per quasi tutte le malattie".

Le nanoparticelle sono capsule su scala molecolare in grado di fornire piccoli carichi utili, come farmaci antitumorali, nel corpo. Un metodo comune utilizza molecole di grasso per creare le particelle, che rilasciano i farmaci all'interno quando il grasso si rompe. Farokhzad, basandosi sul lavoro dello scienziato Robert Langer del Massachusetts Institute of Technology, ha sviluppato nanoparticelle a rilascio controllato fatte di polimeri invece che di grasso. Questi resistono meglio alla rottura e quindi rilasciano farmaci per periodi più lunghi.

Se la malattia non ti uccide...

L'utilizzo di una nanoparticella a rilascio controllato in terapia presenta numerosi vantaggi rispetto alla somministrazione di farmaci convenzionale, ha detto Farokhzad. Le particelle con molecole che si legano all'esterno delle cellule tumorali possono colpire una cellula tumorale e rilasciare farmaci direttamente sul tumore. Inoltre, la sopravvivenza estesa delle particelle nel flusso sanguigno estende l'esposizione delle cellule tumorali al farmaco antitumorale, fornire una dose cumulativa maggiore al tumore anche riducendo la tossicità per il resto del corpo.

Nella chemioterapia tradizionale, Per esempio, i medici fanno esplodere l'intero corpo di un paziente con sostanze chimiche nel tentativo di uccidere le cellule tumorali. Quasi tutto il farmaco, tuttavia, verso l'alto del 99 percento, Farokhzad ha detto che manca completamente il tumore. Anziché, le sostanze chimiche altamente tossiche colpiscono altri organi e tessuti, costringendo i medici a un atto di alto livello che bilancia l'efficacia e la tossicità dell'uccisione del tumore, che può portare a una serie di effetti collaterali, e persino uccidere il paziente.

Inoltre, Farokhzad ha detto, la tradizionale chemio infusione si traduce in un impulso di breve durata durante il quale il tumore vede la maggior parte del farmaco. Le concentrazioni quindi in genere diminuiscono rapidamente mentre il corpo elimina la sostanza chimica.

Nella terapia a rilascio controllato, la concentrazione di nanoparticelle è anche più alta nel sangue subito dopo l'infusione, ma poiché il farmaco viene rilasciato dalle particelle più lentamente, la sua concentrazione di picco - e la sua più alta tossicità - è più bassa, attenuazione degli effetti collaterali indesiderati.

Nel sito del tumore, accade il contrario. La capacità delle nanoparticelle di agganciarsi alle cellule tumorali fornisce da cinque a dieci volte la dose della chemioterapia tradizionale in qualsiasi momento. E poiché le particelle circolano più a lungo nel sangue, anche l'esposizione del tumore è più lunga.

"Un tumore vede una concentrazione di farmaco materialmente aumentata rispetto al farmaco somministrato in forma convenzionale e il resto del corpo vede circa lo stesso livello del farmaco, " Farokhzad ha detto. "[Ma] viene consegnato molto più delicatamente nel tempo".

Due potenziali terapie basate sul lavoro nel laboratorio di Farokhzad sono in fase di sperimentazione umana. Il primo, BIND-014, utilizza la nanoterapia mirata per i tumori del polmone e della prostata. Il candidato al farmaco ha recentemente superato gli studi di fase 1, che si concentrano sulla sicurezza di un farmaco, ed è entrato nelle sperimentazioni di fase 2, che misurano l'efficacia della terapia. Farokhzad ha affermato che il bersaglio molecolare sulla cellula del cancro alla prostata si trova anche sulle cellule dei vasi sanguigni tumorali, dando alla terapia applicazioni potenzialmente più ampie per la lotta contro il cancro.

La seconda terapia, che è nelle prove di fase 1, è un vaccino a nanoparticelle di nicotina, pensato per aiutare i fumatori a smettere e prevenire le ricadute per coloro che lo hanno fatto. Il vaccino agisce sensibilizzando il sistema immunitario alla nicotina, una piccola molecola che normalmente sfugge al sistema immunitario nel suo cammino verso i centri del piacere del cervello. Il vaccino rende la nicotina visibile al sistema immunitario, rimuovendolo dal corpo e rimuovendo la sensazione piacevole che provoca.

I test sono condotti da due delle tre società che Farokhzad ha fondato dal 2007. La prima, Legame terapeutico, è stato istituito per sviluppare la prima promessa di nanoparticelle mirate per il trattamento del cancro. Il secondo, Selecta Bioscienze, è stata fondata allo stesso modo per perseguire lo sviluppo di vaccini a base di nanoparticelle. La terza società, Miscela terapeutica, sta progettando molecole di farmaci che sono ottimizzate fin dall'inizio per lavorare con le nanoparticelle per colpire le malattie infettive, infiammazione, dolore, e cancro.

Superare il test "chi se ne frega"

Farokhzad, che ha ricevuto il suo MD dalla Boston University, è stato attratto dalla ricerca sulle nanoparticelle durante la sua residenza al BWH. Oltre alle sue mansioni cliniche, stava conducendo ricerche sui fattori di trascrizione che regolano l'espressione di geni coinvolti nel differenziamento mieloide, ma stava cercando un progetto che avesse un potenziale a breve termine per migliorare la vita dei pazienti che vedeva ogni giorno in clinica.

"Stavo solo facendo un passo indietro... e guardando il quadro generale. Se avessi fatto tutto bene e avessi compreso la regolazione trascrizionale di questi geni, di chi cambierebbe la vita? Alla fine del giorno, passa il test "chi se ne frega"?" Disse Farokhzad. "Volevo cose che avessero un'applicazione umana, un'innovazione da banco che potrebbe andare al capezzale."

Farokhzad ha sentito parlare di Langer, che gestisce il più grande laboratorio di ingegneria biomedica al mondo e ha svolto un lavoro pionieristico nell'ingegneria dei tessuti e nei sistemi di somministrazione dei farmaci, comprese le nanoparticelle a lunga durata. Ha contattato Langer, che ha accettato di assumerlo come postdoc.

Farokhzad ha esplorato la creazione di nanoparticelle con acidi nucleici sulla loro superficie che si legano a siti specifici sulle cellule tumorali, come una chiave che si inserisce in una serratura, come l'ha descritto. Nel 2004, ha dimostrato che la tecnica funzionava sulle cellule in un piatto da laboratorio e, un anno dopo, ha tenuto un discorso a una conferenza internazionale sul cancro a Parigi descrivendo esperimenti che dimostrano che la tecnica ha funzionato negli animali.

"Ho pensato che se ci fosse un modo per controllare spazialmente quali tessuti hanno visto più del farmaco, sarebbe un cambio di paradigma, "Ha detto Farokhzad.

La risposta è stata immediata. Gli organizzatori della conferenza hanno scelto il suo lavoro per essere tra i pochi risultati che hanno promosso al di fuori della conferenza, e l'attenzione dei media ha attirato i venture capitalist che cercavano di finanziare la prossima grande scoperta.

Farokhzad, che aveva lasciato il laboratorio di Langer nel 2004 per avviare il proprio laboratorio al Brigham, rivolto a Langer, che sapeva aveva avviato diverse società. Insieme, i due co-fondatori di Bind Therapeutics.

"Lo ha portato totalmente a un nuovo livello enorme, " Langer ha detto dello sviluppo di Farokhzad della precedente ricerca sulle nanoparticelle. "Omid è appassionato di fare scoperte in nuovi prodotti che possono aiutare la vita delle persone".

Farokhzad non solo ha preso dal laboratorio di Langer un interesse per le nanoparticelle, ha anche adottato la visione di Langer secondo cui l'industria privata è un partner essenziale nel portare scoperte al paziente.

"La mia filosofia è stata:'Come fai a far arrivare queste cose al pubblico?' Il nostro laboratorio è di buone dimensioni e fa abbastanza bene con le sovvenzioni, ma puoi andare solo così lontano in ciò che ti aspetti che facciano gli studenti, "Langer ha detto. "Queste aziende forniscono un veicolo formidabile per portare queste idee dal laboratorio alla clinica".

Strumenti per fornire i farmaci necessari

Oggi, Il laboratorio di Farokhzad occupa un intero piano più parte di un altro nel Brigham's Medical Research Building nella Longwood Medical Area di Boston. I suoi 30 investigatori, compresi borsisti e studenti, esplorare modi per creare nanoparticelle con nuove proprietà che potrebbero renderle utili in terapia. Uno dei suoi compagni di vecchia data, Jinjun Shi, ha ricevuto un incarico come assistente professore di anestesia e si sta spostando al piano di sopra per aprire il proprio laboratorio.

Nanoparticelle, Farokhzad ha detto, può essere progettato per fare qualcosa di più che limitarsi a mirare a celle specifiche. Possono essere utilizzati in modo flessibile per rispondere a qualsiasi numero di sfide terapeutiche, eliminando la necessità di trovare composti che di per sé sono sia terapie efficaci che sistemi di somministrazione efficaci all'interno del corpo.

Una spinta recente è stata quella di sviluppare una nanoparticella senza utilizzare solventi organici perché i solventi reagiscono con alcuni tipi di farmaci terapeutici, abbatterli prima che possano entrare nel flusso sanguigno. Un altro sforzo, in collaborazione con Langer e Richard Blumberg, un professore di medicina all'HMS e al Brigham, è stato quello di sviluppare una particella che può essere assunta per via orale. Il processo imita il processo naturale attraverso il quale i bambini acquisiscono gli anticorpi che danno loro la loro protezione iniziale quando entrano nel mondo. I bambini assorbono gli anticorpi nel latte materno della madre, e gli anticorpi attraversano la barriera intestinale/sangue per fornire loro protezione immunitaria. Quando le nanoparticelle sono attaccate agli anticorpi, possono ottenere un passaggio nel flusso sanguigno attraverso una barriera che non potrebbero attraversare da soli.

"Se la somministrazione orale di farmaci biologici è così difficile, perché i bambini lo fanno in modo così efficace?", ha chiesto Farokhzad.

Questa storia è pubblicata per gentile concessione della Harvard Gazette, Il giornale ufficiale dell'Università di Harvard. Per ulteriori notizie universitarie, visita Harvard.edu.