Un fattore che rende i tumori del glioblastoma così difficili da trattare è che le cellule maligne dei tumori si diffondono in tutto il cervello seguendo le fibre nervose e i vasi sanguigni per invadere nuove posizioni. Ora, i ricercatori hanno imparato a dirottare questo meccanismo migratorio, trasformandolo contro il cancro usando un film di nanofibre più sottile dei capelli umani per attirare via le cellule tumorali.

Invece di invadere nuove aree, le cellule in migrazione si agganciano alle nanofibre appositamente progettate e le seguono in una posizione, potenzialmente al di fuori del cervello, dove possono essere catturate e uccise. Utilizzando questa tecnica, i ricercatori possono spostare parzialmente i tumori da luoghi non operabili a quelli più accessibili. Anche se non eliminerà il cancro, la nuova tecnica ha ridotto le dimensioni dei tumori cerebrali nei modelli animali, suggerendo che questa forma di cancro al cervello potrebbe un giorno essere trattata più come una malattia cronica.

"Abbiamo progettato una nanofibra polimerica a film sottile che imita la struttura dei nervi e dei vasi sanguigni che le cellule tumorali cerebrali usano normalmente per invadere altre parti del cervello, " ha spiegato Ravi Bellamkonda, capo ricercatore e presidente del dipartimento di ingegneria biomedica di Wallace H. Coulter presso la Georgia Tech e la Emory University. "Le cellule cancerose normalmente si attaccano a queste strutture naturali e le percorrono come una monorotaia verso altre parti del cervello. Fornendo un'attraente fibra alternativa, possiamo spostare in modo efficiente i tumori lungo un percorso diverso verso una destinazione che scegliamo".

I dettagli della tecnica sono stati riportati il ​​16 febbraio sulla rivista Materiali della natura . La ricerca è stata supportata dal National Cancer Institute (NCI), parte degli Istituti Nazionali di Sanità; dalla Ian's Friends Foundation di Atlanta, e dalla Georgia Research Alliance. Oltre al Dipartimento Coulter di Ingegneria Biomedica, il team di ricerca includeva Children's Healthcare di Atlanta e la Emory University.

Trattare il cancro del glioblastoma multiforme, noto anche come GBM, è difficile perché il cancro aggressivo e invasivo spesso si sviluppa in parti del cervello dove i chirurghi sono riluttanti a operare. Anche se il tumore primario può essere rimosso, però, si è spesso diffuso in altre sedi prima di essere diagnosticato.

Si stanno sviluppando nuovi farmaci per attaccare il GBM, ma i ricercatori con sede ad Atlanta hanno deciso di adottare un approccio più ingegneristico. Anjana Jain, chi è il primo autore di questo studio GBM, è ora assistente professore presso il Dipartimento di Ingegneria Biomedica presso il Worcester Polytechnic Institute in Massachusetts. Come studente laureato in Georgia Tech, Jain ha lavorato sui biomateriali per la rigenerazione del midollo spinale. Quindi, come borsista post-dottorato nel laboratorio Bellamkonda, ha visto l'opportunità di applicare il suo lavoro di laurea per sviluppare potenziali nuove modalità di trattamento per GBM.

"Le vie di segnalazione che stavamo cercando di attivare per riparare il midollo spinale erano le stesse vie che i ricercatori vorrebbero inattivare per i glioblastomi, "ha detto Jain. "Passare alle applicazioni del cancro è stata una progressione naturale, uno che ha suscitato grande interesse a causa del bilancio umano della malattia".

Le cellule tumorali invadono tipicamente il tessuto sano secernendo enzimi che consentono l'invasione, lei spiegò. Tale attività richiede una quantità significativa di energia dalle cellule tumorali.

"La nostra idea era quella di dare alle cellule tumorali un percorso di minor resistenza, uno che assomiglia alle strutture naturali del cervello, ma è attraente perché non richiede alle cellule cancerose di consumare più energia, " lei spiegò.

Sperimentalmente, i ricercatori hanno creato fibre realizzate con un polimero di policaprolattone (PCL) circondato da un supporto in poliuretano. Le fibre, la cui superficie simula i contorni dei nervi e dei vasi sanguigni che le cellule cancerose seguono normalmente, sono stati impiantati nel cervello di ratti in cui stava crescendo un tumore GBM umano. Le fibre, solo la metà del diametro di un capello umano, servivano come guide per il tumore, portando le cellule in migrazione a un gel "collettore di tumori" contenente il farmaco ciclopamina, che è tossico per le cellule cancerose. Per confronto, i ricercatori hanno anche impiantato fibre che non contengono PCL o un film PCL non strutturato in altri cervelli di ratto, e ha lasciato alcuni ratti non trattati. Il gel del collettore del tumore si trovava fisicamente al di fuori del cervello.

Dopo 18 giorni, i ricercatori hanno scoperto che rispetto ad altri ratti, le dimensioni del tumore erano sostanzialmente ridotte negli animali che avevano ricevuto gli impianti di nanofibre PCL vicino ai tumori. Le cellule tumorali avevano spostato l'intera lunghezza di tutte le fibre nel gel collettore all'esterno del cervello.

Anche se sradicare un cancro sarebbe sempre il trattamento ideale, Bellamkonda ha detto, la nuova tecnica potrebbe essere in grado di controllare la crescita di tumori inoperabili, permettendo ai pazienti di vivere una vita normale nonostante la malattia.

"Se possiamo fornire al cancro una valvola di sfogo per queste fibre, che può fornire un modo per mantenere i tumori a crescita lenta in modo tale che, mentre potrebbero essere inutilizzabili, le persone potrebbero convivere con i tumori perché non crescono, " ha detto. "Forse con idee come questa, potremmo essere in grado di convivere con il cancro proprio come viviamo con il diabete o l'ipertensione".

Prima che la tecnica possa essere utilizzata negli esseri umani, però, dovrà essere sottoposto a test approfonditi ed essere approvato dalla FDA, un processo che può richiedere fino a dieci anni. Tra i prossimi passi c'è quello di valutare la tecnica con altre forme di cancro al cervello, e altri tipi di cancro che possono essere difficili da rimuovere.

Trattare il cancro al cervello con le nanofibre potrebbe essere preferibile alle tecniche esistenti di farmaci e radiazioni, ha detto Bellamkonda.

"Un'attrazione dell'approccio è che è puramente un dispositivo, " ha spiegato. "Non ci sono farmaci che entrano nel flusso sanguigno e circolano nel cervello per danneggiare le cellule sane. Trattare questi tumori con film minimamente invasivi potrebbe essere molto meno pericoloso rispetto all'impiego di prodotti chimici farmaceutici".

Il finanziamento iniziale per le prime ricerche per verificare il potenziale della tecnica è stato sponsorizzato dalla Ian's Friends Foundation, un'organizzazione con sede ad Atlanta che sostiene la ricerca sui tumori cerebrali infantili.

"Non potremmo essere più entusiasti dei progressi che Georgia Tech e il laboratorio del professor Bellamkonda hanno fatto nell'aiutare a trovare una soluzione per i bambini con tumori cerebrali inoperabili e per coloro che soffrono di tumori in aree più invasive, " ha detto Phil Yagoda, uno dei fondatori dell'organizzazione. "Con la dedizione e la visione di questo team di ricerca, questo lavoro entusiasmante ed eccezionale è ora più vicino alla realtà. Consentendo il movimento di un tumore inoperabile in un punto operabile, questo lavoro potrebbe dare speranza a tutti i figli e ai genitori di quei bambini che combattono la loro più grande battaglia, la battaglia per la loro vita".