La somministrazione di farmaci chemioterapici sotto forma di nanoparticelle potrebbe aiutare a ridurre gli effetti collaterali mirando i farmaci direttamente ai tumori. Negli ultimi anni, gli scienziati hanno sviluppato nanoparticelle che rilasciano uno o due farmaci chemioterapici, ma è stato difficile progettare particelle che possano trasportarne di più in un rapporto preciso.

Ora i chimici del MIT hanno escogitato un nuovo modo per costruire tali nanoparticelle, rendendo molto più facile includere tre o più farmaci diversi. In un articolo pubblicato su Giornale della Società Chimica Americana , i ricercatori hanno dimostrato che potevano caricare le loro particelle con tre farmaci comunemente usati per trattare il cancro ovarico.

"Pensiamo che sia il primo esempio di una nanoparticella che trasporta un rapporto preciso di tre farmaci e può rilasciare quei farmaci in risposta a tre distinti meccanismi di attivazione, "dice Geremia Johnson, un assistente professore di chimica al MIT e l'autore senior del nuovo articolo.

Tali particelle potrebbero essere progettate per trasportare ancora più farmaci, consentendo ai ricercatori di sviluppare nuovi regimi di trattamento che potrebbero uccidere meglio le cellule tumorali evitando gli effetti collaterali della chemioterapia tradizionale. Nel JACS carta, Johnson e colleghi hanno dimostrato che le nanoparticelle a tripla minaccia potrebbero uccidere le cellule del cancro ovarico in modo più efficace rispetto alle particelle che trasportano solo uno o due farmaci, e hanno iniziato a testare le particelle contro i tumori negli animali.

Longyan Liao, un postdoc nel laboratorio di Johnson, è l'autore principale del documento.

Mettere insieme i pezzi

Il nuovo approccio di Johnson supera i limiti intrinseci dei due metodi più spesso utilizzati per produrre nanoparticelle che rilasciano farmaci:incapsulare piccole molecole di farmaco all'interno delle particelle o fissarle chimicamente alla particella. Con entrambe queste tecniche, le reazioni necessarie per assemblare le particelle diventano sempre più difficili con ogni nuovo farmaco che viene aggiunto.

La combinazione di questi due approcci - incapsulare un farmaco all'interno di una particella e attaccarne uno diverso alla superficie - ha avuto un certo successo, ma è ancora limitato a due farmaci.

Johnson ha deciso di creare un nuovo tipo di particella in grado di superare questi vincoli, consentendo il caricamento di un numero qualsiasi di farmaci diversi. Invece di costruire la particella e poi attaccare le molecole del farmaco, ha creato elementi costitutivi che includono già il farmaco. Questi elementi costitutivi possono essere uniti insieme in una struttura molto specifica, e i ricercatori possono controllare con precisione la quantità di ciascun farmaco inclusa.

Ogni elemento costitutivo è costituito da tre componenti:la molecola del farmaco, un'unità di collegamento che può connettersi ad altri blocchi, e una catena di polietilenglicole (PEG), che aiuta a proteggere la particella dalla scomposizione nel corpo. Centinaia di questi blocchi possono essere collegati utilizzando un approccio sviluppato da Johnson, chiamata "prima polimerizzazione a pennello".

"Questo è un nuovo modo di costruire le particelle dall'inizio, " dice Johnson. "Se voglio una particella con cinque droghe, Prendo solo i cinque elementi costitutivi che voglio e li faccio assemblare in una particella. In linea di principio, non c'è limite al numero di farmaci che puoi aggiungere, e il rapporto tra i farmaci trasportati dalle particelle dipende solo da come sono mescolati insieme all'inizio".

Combinazioni diverse

Per questa carta, i ricercatori hanno creato particelle che trasportano i farmaci cisplatino, doxorubicina, e camptotecina, che sono spesso usati da soli o in combinazione per trattare il cancro ovarico.

Ogni particella trasporta i tre farmaci in un rapporto specifico che corrisponde alla dose massima tollerata di ciascun farmaco, e ogni farmaco ha il suo meccanismo di rilascio. Il cisplatino viene liberato non appena la particella entra in una cellula, poiché i legami che lo trattengono alla particella si rompono all'esposizione al glutatione, un antiossidante presente nelle cellule. Anche la camptotecina viene rilasciata rapidamente quando incontra enzimi cellulari chiamati esterasi.

Il terzo farmaco, doxorubicina, è stato progettato in modo da essere rilasciato solo quando la luce ultravioletta colpisce la particella. Una volta rilasciati tutti e tre i farmaci, tutto ciò che resta è PEG, che è facilmente biodegradabile.

Questo approccio "rappresenta una nuova e intelligente svolta nel rilascio multifarmaco attraverso l'inclusione simultanea di diversi farmaci, attraverso chimiche distinte, all'interno della stessa... piattaforma, "dice Todd Emrick, un professore di scienza e ingegneria dei polimeri presso l'Università del Massachusetts ad Amherst che non è stato coinvolto nello studio.

Lavorando con i ricercatori nel laboratorio di Paula Hammond, il David H. Koch Professor of Engineering e membro del Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT, il team ha testato le particelle contro le cellule del cancro ovarico coltivate in laboratorio. Le particelle che trasportavano tutti e tre i farmaci uccidevano le cellule tumorali a un ritmo maggiore rispetto a quelle che rilasciavano solo uno o due farmaci.

Il laboratorio di Johnson sta ora lavorando su particelle che trasportano quattro farmaci, e i ricercatori stanno anche pianificando di etichettare le particelle con molecole che consentiranno loro di alloggiare nelle cellule tumorali interagendo con le proteine ​​​​che si trovano sulle superfici cellulari.

Johnson prevede inoltre che la capacità di produrre in modo affidabile grandi quantità di nanoparticelle multifarmaco consentirà test su larga scala di possibili nuovi trattamenti contro il cancro. "È importante essere in grado di produrre particelle in modo rapido ed efficiente con diversi rapporti di più farmaci, in modo che tu possa testarli per la loro attività, " dice. "Non possiamo fare solo una particella, dobbiamo essere in grado di fare rapporti diversi, cosa che il nostro metodo può facilmente fare."

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.