Una forma aggressiva di cancro al seno nota come "triplo negativo" è molto difficile da trattare:la chemioterapia può ridurre tali tumori per un po', ma in molti pazienti ricrescono e acquisiscono resistenza ai farmaci originali.

Per superare quella resistenza, Gli ingegneri chimici del MIT hanno progettato nanoparticelle che trasportano il farmaco antitumorale doxorubicina, così come brevi filamenti di RNA che possono spegnere uno dei geni che le cellule cancerose usano per sfuggire al farmaco. Questo "pugno uno-due" disabilita le difese dei tumori e li rende molto più vulnerabili alla chemioterapia.

"Ti dà, globale, un sistema molto più efficace a una dose più bassa, perché sei in grado di indirizzare queste cellule e assicurarti che ognuna di esse riceva il corretto dosaggio sinergico dei due componenti, "dice Paula Hammond, il professore di ingegneria David H. Koch, un membro del Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT, e capo del gruppo di ricerca.

Usando queste particelle, i ricercatori sono stati in grado di ridurre i tumori al seno triplo negativo nei topi, riferiscono nell'edizione online del 21 ottobre della rivista ACS Nano . Le particelle potrebbero anche essere personalizzate per trattare altri tipi di cancro, dicono i ricercatori.

L'autore principale del documento è Jason Deng, un postdoc nel laboratorio di Hammond. Altri autori sono lo studente laureato del MIT Stephen Morton, giovane Elana Ben-Akiva, e i postdoc Erik Dreaden e Kevin Shopsowitz.

Consegna in base alla progettazione

I tumori al seno triplo-negativi mancano dei tre marcatori più comuni del cancro al seno:recettore degli estrogeni, recettore del progesterone, e Lei2. Gli scienziati hanno sviluppato trattamenti che prendono di mira ciascuno di questi marcatori, che hanno migliorato i tassi di sopravvivenza per quei tumori.

"In genere queste terapie personalizzate sono state molto più efficaci della semplice innaffiatura con un farmaco chemioterapico, perché stanno arrivando ai modi in cui operano le cellule tumorali. Però, non l'abbiamo avuto per il cancro al seno triplo negativo, "Dice Hammond.

Spera che le nuove nanoparticelle, che prendono di mira una proteina che si trova sulla superficie delle cellule del cancro al seno triplo negativo, aiuterà a cambiarlo. Le nanoparticelle hanno tre componenti:un nucleo pieno di doxorubicina, un rivestimento di RNA interferente corto (siRNA), e uno strato esterno che protegge la particella dalla degradazione nel flusso sanguigno.

doxorubicina, un farmaco che uccide le cellule danneggiando il loro DNA, è già usato per trattare il cancro al seno e altri tumori, compreso il polmone, ovarico, e tiroide. I ricercatori hanno basato le loro nanoparticelle su una forma approvata dalla Food and Drug Administration del farmaco noto come Doxil, che è confezionato in un liposoma, o membrana grassa.

Per migliorare l'efficacia di Doxil, Il team di Hammond voleva combinarlo con un altro tipo di terapia nota come interferenza dell'RNA (RNAi), che utilizza filamenti di RNA molto corti per bloccare l'espressione di geni specifici all'interno di una cellula vivente.

I ricercatori hanno utilizzato una tecnica chiamata assemblaggio strato per strato per rivestire le particelle di Doxil con uno strato di siRNA mescolato con un polimero caricato positivamente che aiuta a stabilizzare l'RNA. Questo livello contiene fino a 3, 500 molecole di siRNA, ciascuno mirato a bloccare un gene che consente alle cellule tumorali di pompare le molecole di farmaco fuori dalle cellule.

Una delle principali sfide che i ricercatori hanno dovuto affrontare nello sviluppo dell'RNAi come trattamento per il cancro è far sì che le particelle sopravvivano nel flusso sanguigno abbastanza a lungo da raggiungere gli obiettivi previsti. Per superare questo, le particelle MIT includono un rivestimento esterno di acido ialuronico. Queste molecole assorbono acqua, permettendo alle nanoparticelle di fluire indisturbate attraverso i vasi sanguigni, Hammond dice.

"Questo strato invisibile diventa un cuscino d'acqua che circonda la nanoparticella, che gli permette di attraversare il flusso sanguigno come se fosse acqua, "Dice Hammond. "Questo lo fa circolare in modo molto più efficace".

L'acido ialuronico aiuta anche a indirizzare le particelle verso i tumori legandosi a una proteina chiamata CD44, che si trova in grande abbondanza sulla superficie delle cellule del cancro al seno triplo negativo.

Le nuove particelle sono un buon esempio di costruzione di farmaci "più intelligenti" per aiutare a curare il cancro, dice Yuri Lvov, un professore di micro e nanosistemi alla Louisiana Tech University che non faceva parte del gruppo di ricerca. "Non è un nuovo farmaco, ma come ingegneri hanno costruito un nuovo veicolo per la consegna basato sui principi della nanotecnologia. Questo nuovo strumento è molto buono."

Tumori che si restringono

In uno studio sui topi, i ricercatori hanno scoperto che le nanoparticelle sono sopravvissute nel flusso sanguigno molto più a lungo di qualsiasi particella di consegna dell'RNA che avevano precedentemente testato, con un'emivita di 28 ore. Questo dà loro una possibilità molto maggiore di raggiungere il tumore.

Le nanoparticelle sono state progettate per rilasciare il carico utile di siRNA a una velocità maggiore rispetto alla doxorubicina una volta raggiunta la sede del tumore. "Questo ci dà la possibilità di abbassare prima la difesa delle cellule tumorali spegnendo questa pompa proteica, e poi il farmaco interviene per uccidere le cellule tumorali, "dice Deng.

Per studiare la capacità di combattere il cancro delle nanoparticelle, i ricercatori li hanno iniettati in topi con cellule tumorali umane triplo-negative impiantate sotto la pelle. Dopo una iniezione, hanno scoperto che il gene bersaglio era già stato messo a tacere. Dopo 15 giorni e tre iniezioni, tumori si erano notevolmente ridotti.

I ricercatori ritengono che questo sistema potrebbe essere utilizzato anche per colpire molti altri tipi di cancro sostituendo il farmaco trasportato nel nucleo, il bersaglio del siRNA, e le particelle di superficie che colpiscono il tumore. Ora stanno testando le particelle in un modello murino più complesso di cancro al seno triplo negativo, e stanno anche lavorando per adattare le particelle per curare i tumori ovarici e polmonari.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.