I farmaci forniti dalle nanoparticelle promettono il trattamento mirato di molte malattie, compreso il cancro. Però, le particelle devono essere iniettate nei pazienti, che finora ne ha limitato l'utilità.

Ora, i ricercatori del MIT e del Brigham and Women's Hospital (BWH) hanno sviluppato un nuovo tipo di nanoparticella che può essere somministrata per via orale e assorbita attraverso il tratto digestivo, consentendo ai pazienti di prendere semplicemente una pillola invece di ricevere iniezioni.

In un articolo apparso nell'edizione online del 27 novembre di Scienza Medicina Traslazionale , i ricercatori hanno usato le particelle per dimostrare la somministrazione orale di insulina nei topi, ma dicono che le particelle potrebbero essere usate per trasportare qualsiasi tipo di farmaco che possa essere incapsulato in una nanoparticella. Le nuove nanoparticelle sono rivestite con anticorpi che fungono da chiave per sbloccare i recettori presenti sulle superfici delle cellule che rivestono l'intestino, permettendo alle nanoparticelle di sfondare le pareti intestinali ed entrare nel flusso sanguigno.

Questo tipo di somministrazione di farmaci potrebbe essere particolarmente utile nello sviluppo di nuovi trattamenti per condizioni come il colesterolo alto o l'artrite. I pazienti con queste malattie sarebbero molto più propensi a prendere pillole regolarmente che a fare frequenti visite a uno studio medico per ricevere iniezioni di nanoparticelle, dicono i ricercatori.

"Se tu fossi un paziente e avessi una scelta, non c'è dubbio:i pazienti preferirebbero sempre farmaci che possono assumere per via orale, "dice Robert Langer, il David H. Koch Institute Professor al MIT, un membro del Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT, e un autore del Scienza Medicina Traslazionale carta.

Gli autori principali del documento sono l'ex studente laureato del MIT Eric Pridgen e l'ex postdoc BWH Frank Alexis, e l'autore senior è Omid Farokhzad, direttore del Laboratorio di Nanomedicina e Biomateriali presso BWH. Altri autori sono Timothy Kuo, un gastroenterologo presso BWH; Etgar Levy-Nissenbaum, un ex postdoc BWH; Rohit Karnik, un professore associato di ingegneria meccanica al MIT; e Richard Blumberg, co-direttore dell'Istituto di ricerca biomedica di BWH.

Niente più iniezioni

Diversi tipi di nanoparticelle che trasportano farmaci chemioterapici o RNA interferente corto, che può disattivare i geni selezionati, sono ora in sperimentazione clinica per curare il cancro e altre malattie. Queste particelle sfruttano il fatto che i tumori e altri tessuti malati sono circondati da vasi sanguigni che perdono. Dopo che le particelle sono state iniettate per via endovenosa nei pazienti, filtrano attraverso quei vasi che perdono e rilasciano il loro carico utile nel sito del tumore.

Per le nanoparticelle da assumere per via orale, devono essere in grado di passare attraverso il rivestimento intestinale, che è costituito da uno strato di cellule epiteliali che si uniscono per formare barriere impenetrabili chiamate giunzioni strette.

"La sfida chiave è come far passare una nanoparticella attraverso questa barriera di cellule. Ogni volta che le cellule vogliono formare una barriera, fanno questi attaccamenti da cellula a cellula, analogo a un muro di mattoni in cui i mattoni sono le celle e la malta sono gli attacchi, e niente può penetrare quel muro, " Dice Farokhzad.

I ricercatori hanno precedentemente cercato di sfondare questo muro interrompendo temporaneamente le giunzioni strette, permettendo ai farmaci di passare. Però, questo approccio può avere effetti collaterali indesiderati perché quando le barriere vengono infrante, anche i batteri nocivi possono passare.

Per costruire nanoparticelle in grado di sfondare selettivamente la barriera, i ricercatori hanno approfittato del lavoro precedente che ha rivelato come i bambini assorbono gli anticorpi dal latte delle loro madri, potenziando le proprie difese immunitarie. Quegli anticorpi si aggrappano a un recettore della superficie cellulare chiamato FcRN, garantendo loro l'accesso attraverso le cellule del rivestimento intestinale nei vasi sanguigni adiacenti.

I ricercatori hanno rivestito le loro nanoparticelle con proteine ​​Fc, la parte dell'anticorpo che si lega al recettore FcRN, che si trova anche nelle cellule intestinali adulte. Le nanoparticelle, costituito da un polimero biocompatibile chiamato PLA-PEG, può trasportare un grande carico utile di droga, come l'insulina, in their core.

After the particles are ingested, the Fc proteins grab on to the FcRN in the intestinal lining and gain entry, bringing the entire nanoparticle along with them.

"It illustrates a very general concept where we can use these receptors to traffic nanoparticles that could contain pretty much anything. Any molecule that has difficulty crossing the barrier could be loaded in the nanoparticle and trafficked across, " Karnik says.

Breaking through barriers

In questo studio, the researchers demonstrated oral delivery of insulin in mice. Nanoparticles coated with Fc proteins reached the bloodstream 11-fold more efficiently than equivalent nanoparticles without the coating. Per di più, the amount of insulin delivered was large enough to lower the mice's blood sugar levels.

The researchers now hope to apply the same principles to designing nanoparticles that can cross other barriers, such as the blood-brain barrier, which prevents many drugs from reaching the brain.

"If you can penetrate the mucosa in the intestine, maybe next you can penetrate the mucosa in the lungs, maybe the blood-brain barrier, maybe the placental barrier, " Farokhzad says.

They are also working on optimizing drug release from the nanoparticles in preparation for further animal tests, either with insulin or other drugs.