I ricercatori del MIT hanno ideato un nuovo trattamento per il cancro che distrugge le cellule tumorali disarmando prima le loro difese, poi colpendoli con una dose letale di danno al DNA.

Negli studi sui topi, il gruppo di ricerca ha mostrato che questo pugno uno-due, che si basa su una nanoparticella che trasporta due farmaci e li rilascia in tempi diversi, riduce drasticamente i tumori al polmone e al seno. Il team del MIT, guidato da Michael Yaffe, il professore di scienze David H. Koch, e Paula Hammond, il professore di ingegneria David H. Koch, descrivere i risultati nell'edizione online dell'8 maggio di Segnalazione scientifica .

"Penso che sia un presagio di ciò che la nanomedicina può fare per noi in futuro, "dice Hammond, che è membro del Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT. "Stiamo passando dal modello più semplice della nanoparticella - basta inserire il farmaco e bersagliarlo - ad avere nanoparticelle intelligenti che forniscono combinazioni di farmaci nel modo in cui è necessario attaccare davvero il tumore".

I medici somministrano regolarmente ai malati di cancro due o più farmaci chemioterapici diversi nella speranza che un attacco su più fronti abbia più successo di un singolo farmaco. Mentre molti studi hanno identificato farmaci che funzionano bene insieme, un documento del 2012 del laboratorio di Yaffe è stato il primo a dimostrare che i tempi della somministrazione del farmaco possono influenzare notevolmente il risultato.

In quello studio, Yaffe e l'ex postdoc del MIT Michael Lee hanno scoperto di poter indebolire le cellule tumorali somministrando il farmaco erlotinib, che interrompe uno dei percorsi che promuovono la crescita incontrollata del tumore. Queste cellule tumorali pretrattate erano molto più suscettibili al trattamento con un farmaco che danneggia il DNA chiamato doxorubicina rispetto alle cellule a cui erano stati somministrati i due farmaci contemporaneamente.

"È come ricablare un circuito, "dice Yaffe, che è anche membro del Koch Institute. "Quando dai il primo farmaco, le connessioni dei cavi vengono invertite in modo che il secondo farmaco funzioni in modo molto più efficace".

Erlotinib, che prende di mira una proteina chiamata recettore del fattore di crescita epidermico (EGF), trovato sulle superfici delle cellule tumorali, è stato approvato dalla Food and Drug Administration per il trattamento del cancro del pancreas e di alcuni tipi di cancro ai polmoni. La doxorubicina è usata per trattare molti tumori, compresa la leucemia, linfoma, e vescica, Seno, polmone, e tumori ovarici.

Sbalordire questi farmaci si è rivelato particolarmente potente contro un tipo di cellula del cancro al seno nota come triplo negativo, che non ha estrogeni iperattivi, progesterone, o recettori HER2. Tumori triplo-negativi, che rappresentano circa il 16% dei casi di cancro al seno, sono molto più aggressivi di altri tipi e tendono a colpire le donne più giovani.

È stata una scoperta entusiasmante, Yaffe dice. "Il problema era " Aggiunge, "come lo traduci in qualcosa che puoi effettivamente dare a un malato di cancro?"

Dal risultato di laboratorio alla consegna del farmaco

Per affrontare questo problema, Yaffe ha collaborato con Hammond, un ingegnere chimico che ha precedentemente progettato diversi tipi di nanoparticelle che possono trasportare due farmaci contemporaneamente. Per questo progetto, Hammond e il suo studente laureato, Stefano Morton, ideato dozzine di particelle candidate. I più efficaci erano un tipo di particelle chiamate liposomi, goccioline sferiche circondate da un guscio esterno grasso.

Il team del MIT ha progettato i propri liposomi per trasportare la doxorubicina all'interno del nucleo della particella, con erlotinib incorporato nello strato esterno. Le particelle sono rivestite con un polimero chiamato PEG, che li protegge dall'essere scomposti nel corpo o filtrati dal fegato e dai reni. Un altro tag, folato, aiuta a dirigere le particelle verso le cellule tumorali, che esprimono elevate quantità di recettori per i folati.

Una volta che le particelle raggiungono un tumore e vengono assorbite dalle cellule, le particelle iniziano a rompersi. Erlotinib, portato nel guscio esterno, viene rilasciato per primo, ma il rilascio di doxorubicina è ritardato e richiede più tempo per penetrare nelle cellule, dando a erlotinib il tempo di indebolire le difese delle cellule. "C'è un ritardo tra le quattro e le 24 ore tra quando erlotinib raggiunge il picco della sua efficacia e la doxorubicina raggiunge il picco della sua efficacia, "Dice Yaffe.

I ricercatori hanno testato le particelle in topi impiantati con due tipi di tumori umani:tumori al seno triplo negativo e tumori polmonari non a piccole cellule. Entrambi i tipi si sono ridotti in modo significativo. Per di più, il confezionamento dei due farmaci in nanoparticelle liposomiali li ha resi molto più efficaci rispetto alle forme tradizionali dei farmaci, anche quando quei farmaci venivano somministrati in un ordine scaglionato nel tempo.

Come passo successivo prima di possibili sperimentazioni cliniche su pazienti umani, i ricercatori stanno ora testando le particelle nei topi che sono geneticamente programmati per sviluppare tumori da soli, invece di avere cellule tumorali umane impiantate in esse.

I ricercatori ritengono che la consegna scaglionata nel tempo potrebbe anche migliorare altri tipi di chemioterapia. Hanno ideato diverse combinazioni che coinvolgono cisplatino, un farmaco comunemente usato che danneggia il DNA, e stanno lavorando su altre combinazioni per il trattamento della prostata, testa e collo, e tumori ovarici. Allo stesso tempo, Il laboratorio di Hammond sta lavorando su nanoparticelle più complesse che consentirebbero un caricamento più preciso dei farmaci e la messa a punto del loro rilascio scaglionato.

"Con una piattaforma di consegna delle nanoparticelle che ci consente di controllare i relativi tassi di rilascio e le relative quantità di carico, we can put these systems together in a smart way that allows them to be as effective as possible, "Dice Hammond.