Kit Lam e colleghi dell'UC Davis e altre istituzioni hanno creato nanoparticelle dinamiche (NP) che potrebbero fornire un arsenale di applicazioni per diagnosticare e curare il cancro. Costruito su un polimero facile da realizzare, queste particelle possono essere utilizzate come agenti di contrasto per illuminare i tumori per le scansioni MRI e PET o fornire chemio e altre terapie per distruggere i tumori. Inoltre, le particelle sono biocompatibili e non hanno mostrato tossicità. Lo studio è stato pubblicato online oggi in Comunicazioni sulla natura .

"Queste sono particelle incredibilmente utili, " ha notato il co-primo autore Yuanpei Li, un docente di ricerca nel laboratorio Lam. "Come mezzo di contrasto, rendono i tumori più facili da vedere alla risonanza magnetica e ad altre scansioni. Possiamo anche usarli come veicoli per somministrare la chemioterapia direttamente ai tumori; applicare la luce per far rilasciare alle nanoparticelle ossigeno singoletto (terapia fotodinamica) o utilizzare un laser per riscaldarle (terapia fototermica), tutti modi comprovati per distruggere i tumori".

Jessica Tucker, direttore del programma di Drug and Gene Delivery and Devices presso l'Istituto nazionale di imaging biomedico e bioingegneria, che fa parte dell'Istituto Superiore di Sanità, ha affermato che l'approccio delineato nello studio ha la capacità di combinare applicazioni di imaging e terapeutiche in un'unica piattaforma, che è stato difficile da raggiungere, soprattutto in un organico, e quindi biocompatibile, veicolo.

"Questo è particolarmente prezioso nel trattamento del cancro, dove il trattamento mirato alle cellule tumorali, e la riduzione degli effetti letali nelle cellule normali, è così critico, " lei ha aggiunto.

Sebbene non siano le prime nanoparticelle, questi possono essere i più versatili. Altre particelle sono brave in alcuni compiti ma non in altri. Particelle non organiche, come punti quantici o materiali a base d'oro, funzionano bene come strumenti diagnostici ma hanno problemi di sicurezza. Le sonde organiche sono biocompatibili e possono fornire farmaci ma mancano di applicazioni di imaging o fototerapia.

Costruito su un polimero di porfirina/acido colico, le nanoparticelle sono semplici da realizzare e funzionano bene nel corpo. Le porfirine sono composti organici comuni. L'acido colico è prodotto dal fegato. Le nanoparticelle di base sono larghe 21 nanometri (un nanometro è un miliardesimo di metro).

Per stabilizzare ulteriormente le particelle, i ricercatori hanno aggiunto l'aminoacido cisteina (creando CNP), che impedisce loro di rilasciare prematuramente il loro carico terapeutico quando esposti a proteine ​​del sangue e altre barriere. A 32 nanometri, I CNP sono dimensionati idealmente per penetrare nei tumori, accumulandosi tra le cellule tumorali risparmiando i tessuti sani.

Nello studio, il team ha testato le nanoparticelle, sia in vitro che in vivo, per una vasta gamma di compiti. Dal lato terapeutico, I CNP trasportano efficacemente farmaci antitumorali, come la doxorubicina. Anche se tenuto nel sangue per molte ore, I CNP hanno rilasciato solo piccole quantità del farmaco; però, quando esposto alla luce o ad agenti come il glutatione, hanno prontamente rilasciato i loro carichi utili. La capacità di controllare con precisione il rilascio della chemioterapia all'interno dei tumori potrebbe ridurre notevolmente la tossicità. I CNP portatori di doxorubicina hanno fornito un eccellente controllo del cancro negli animali, con effetti collaterali minimi.

I CNP possono anche essere configurati per rispondere alla luce, producendo ossigeno singoletto, molecole reattive che distruggono le cellule tumorali. Possono anche generare calore quando vengono colpiti dalla luce laser. In modo significativo, I CNP possono svolgere entrambi i compiti se esposti a una singola lunghezza d'onda della luce.

I CNP offrono una serie di vantaggi per migliorare l'imaging. Chelano prontamente gli agenti di imaging e possono rimanere nel corpo per lunghi periodi. Negli studi sugli animali, CNP riuniti nei tumori, rendendoli più facili da leggere su una risonanza magnetica. Poiché i CNP si accumulano nei tumori, e non tanto nei tessuti normali, hanno notevolmente migliorato il contrasto del tumore per la risonanza magnetica e possono anche essere promettenti per le scansioni PET-MRI.

Questa versatilità offre molteplici opzioni per i medici, mentre mescolano e abbinano le applicazioni.

"Queste particelle possono combinare immagini e terapie, " ha detto Li. "Potremmo potenzialmente usarli per fornire contemporaneamente il trattamento e monitorare l'efficacia del trattamento".

"Queste particelle possono essere utilizzate anche come sonde ottiche per la chirurgia guidata dalle immagini, " disse Lam. "Inoltre, possono essere usati come agenti fotosensibilizzanti altamente potenti per la fototerapia intraoperatoria."

Sebbene i primi risultati siano promettenti, c'è ancora molta strada da fare prima che i CNP possano entrare nella clinica. Il laboratorio Lam e i suoi collaboratori proseguiranno gli studi preclinici e, se tutto va bene, procedere alla sperimentazione umana. Intanto, il team è entusiasta di queste capacità.

"Questa è la prima nanoparticella a svolgere così tanti lavori diversi, " ha detto Li. "Dal chemio, terapie fotodinamiche e fototermiche per migliorare la diagnostica per immagini, è il pacchetto completo."