Una collaborazione di due anni tra i laboratori Chan e Rocheleau presso l'Istituto di biomateriali e ingegneria biomedica (IBBME) ha portato allo sviluppo di una nuova piattaforma di screening della microfluidica in grado di prevedere con precisione il modo in cui le nanoparticelle si comporteranno in un corpo vivente.

Le nanoparticelle sono considerate dagli scienziati uno strumento potenzialmente potente per trattamenti personalizzati contro il cancro. Le minuscole particelle, di dimensioni comprese tra 10 e 100 nanometri (da qualche parte in dimensioni tra una grande proteina e un piccolo virus), può essere utilizzato per delineare i tumori o per somministrare farmaci chemioterapici direttamente alle cellule tumorali con maggiore potenza e minori effetti collaterali rispetto ai normali metodi di somministrazione.

Ma il professore associato Jonathan Rocheleau, facoltà di base presso l'Istituto di biomateriali e ingegneria biomedica (IBBME), con delega ai Dipartimenti di Fisiologia e Medicina, Division of Endocrinology &Metabolism e autore corrispondente dello studio pubblicato su Nature Communications la scorsa settimana, ha spiegato che la nuova piattaforma riempie alcuni dei buchi evidenti nell'attuale ricerca sulle nanotecnologie.

Spesso, le superfici di queste minuscole particelle vengono trattate per farle aderire a determinate cellule, un effetto che tende a funzionare molto bene quando si studiano le particelle nelle colture di piastre di Petri. "Ciò che abbiamo mostrato è che le nanoparticelle si incontrano con una massa cellulare e si attaccano così fortemente alle cellule esterne, non riescono a penetrare nel tessuto. Ti fa pensare di progettare le tue nanoparticelle in un modo diverso, "dichiarò Rocheleau.

A parte le culture delle piastre di Petri, il test dal vivo è stato l'unico altro metodo per studiare i movimenti e le interazioni delle nanoparticelle con le masse cellulari. Ma come uno degli autori principali dell'articolo, dottorando Alex Albanese, spiegato, "Se dovessimo iniettare nanoparticelle nei topi sarebbe come lanciare un aeroplanino di carta con gli occhi bendati. Vediamo dove atterra ma non siamo davvero sicuri del modello di volo".

E fino ad ora, non c'è stata via di mezzo.

'Terra di mezzo' è esattamente ciò che Albanese e co-autore, Dottor Alan Lam, un neolaureato di IBBME, hanno progettato. I ricercatori hanno posizionato tessuti sferoidi vivi, tessuti che imitano le proprietà dei tumori cancerosi, in un minuscolo, una camera lunga un pollice attraverso la quale scorreva costantemente una soluzione salina. Il liquido che scorre ha permesso ai ricercatori di studiare gli sferoidi in ambienti simili a quelli trovati nei tumori. Le nanoparticelle fluorescenti sono state quindi iniettate nella camera, consentendo al team di misurare quante nanoparticelle sono penetrate nel tessuto, dove si accumulavano, e l'effetto della velocità del liquido sui movimenti della nanoparticella.

Gli esperimenti hanno previsto il modo in cui le nanoparticelle si sarebbero comportate in ambienti più grandi, modelli dal vivo, con risultati disponibili entro un'ora anziché settimane.

"Il tumore su un chip ci permette di dare una sbirciatina agli aeroplani di carta prima che atterrino, " ha descritto Albanese.

Sebbene questa sia solo la prima volta che la piattaforma tecnologica di microfluidica è stata utilizzata per studiare gli effetti delle nanoparticelle su un tessuto tumorale vivo, i ricercatori sono rimasti sorpresi dalla semplicità con cui la tecnologia può potenzialmente rendere lo screening e il trattamento del cancro.

"Le biopsie possono essere coltivate in questi tessuti e posizionate nel canale. Quindi possiamo scoprire quali nanoparticelle funzionano e metterle nei pazienti, " ha spiegato Rocheleau.

Gli autori dello studio ammettono che c'è ancora una grande distanza tra questo studio preliminare e studi futuri che possono perfezionare la progettazione delle nanoparticelle, così come la loro efficacia con diversi tessuti tumorali, organi e tutto il corpo.

"I computer hanno fatto molta strada dagli anni '60. In questo momento, siamo ancora negli anni '60 della medicina personalizzata, " sostenne Albanese.

Per Rocheleau, anche se, lo studio indica una svolta nel modo in cui i ricercatori stanno affrontando complesse sfide biomediche.

"Ciò che rende unico questo progetto è quanto sia multidisciplinare, " ha detto. "Si tratta di tecniche e strumenti molto diversi che si uniscono per affrontare un problema, e questo progetto non sarebbe stato realizzato senza l'esperienza di due persone e laboratori unici, e per quanto tempo l'hanno tenuto fuori."