Il trattamento convenzionale cerca di sradicare le cellule tumorali mediante farmaci e terapie erogate dall'esterno della cellula, che può anche influenzare (e potenzialmente danneggiare) le cellule normali vicine.

Contrariamente alla terapia antitumorale convenzionale, un team dell'Università di Cincinnati ha sviluppato diversi nuovi progetti per nanoparticelle a base di ossido di ferro che rilevano, diagnosticare e distruggere le cellule tumorali mediante la terapia fototermica (PTT). PTT utilizza le nanoparticelle per concentrare l'energia termica indotta dalla luce solo all'interno del tumore, non danneggiando le cellule normali adiacenti.

I risultati del lavoro UC saranno presentati alla Materials Research Society Conference di Boston dal 30 novembre al 30 dicembre. 5 di Andrew Dunn, studente di dottorato in ingegneria della scienza dei materiali presso il College of Engineering and Applied Science della UC. Lavorando con Dunn in questo studio sono Donglu Shi, professore di ingegneria della scienza dei materiali presso il College of Engineering and Applied Science della UC; Davide Albero, professore associato di fisica al McMicken College of Arts and Sciences della UC; e Giovanni Pauletti, professore associato presso il James L. Winkle College of Pharmacy.

Lo studio UC ha utilizzato le cellule viventi dei topi per testare con successo l'efficacia dei loro progetti di nanoparticelle a due lati (un lato per il targeting cellulare e l'altro per la somministrazione del trattamento) in combinazione con il PTT. Però, la Food and Drug Administration degli Stati Uniti ha ora approvato l'uso di nanoparticelle di ossido di ferro nell'uomo. Ciò significa che l'effetto fototermico delle nanoparticelle di ossido di ferro può mostrare, nel prossimo decennio, una forte promessa nella terapia del cancro umano, probabilmente con tumori localizzati.

Come funzionano le nanoparticelle con la terapia fototermica

Con questa tecnologia, un raggio laser a bassa potenza è diretto al tumore dove sono presenti una piccola quantità di nanoparticelle magnetiche di ossido di ferro, o iniettando le particelle direttamente nel tumore o iniettandole nel flusso sanguigno per cui le particelle trovano e si legano alle cellule tumorali anormali tramite un targeting specifico per le cellule.

Il calore sufficiente viene quindi generato localmente dalla luce laser, aumentando rapidamente la temperatura del tumore oltre i 43 gradi Celsius, e quindi bruciando le cellule tumorali anormali. Questo particolare trattamento PTT non comporta alcun medicinale, ma genera solo calore locale all'interno del tumore, presentando quindi effetti collaterali molto minori rispetto alle tradizionali chemio o radioterapia.

"Questo trattamento è molto più ideale perché va direttamente alla cellula cancerosa, " dice Shi. "I nanomateriali entrano solo nelle cellule anormali, illuminando quelle cellule e poi facendo tutto ciò per cui le hai progettate. In questo caso, è scaldarsi abbastanza da bruciare e uccidere le cellule cancerose, ma non danneggiare le cellule normali circostanti."

Shi ha aggiunto che i medici sono spesso frustrati dagli attuali mezzi convenzionali per l'imaging precoce delle cellule tumorali attraverso la risonanza magnetica o le scansioni di tomografia computerizzata perché i tumori sono solitamente allo stadio tre o quattro prima che possano essere rilevati. ha affermato, "Con la tecnologia dei nanomateriali, possiamo rilevare il tumore in anticipo e allo stesso tempo ucciderlo a vista".

Targeting cellulare

Ogni tumore ha una proteina corrispondente specifica per il cancro chiamata ligando specifico per il tumore o una reazione antigenica anticorpale che ha espressione solo per quel cancro specifico come il cancro al seno o alla prostata.

Gli scienziati identificano questo determinato biomarcatore che è specifico per un determinato tumore, quindi coniuga questo biomarcatore sulla superficie del nanocarrier che ha l'espressione solo per quel tipo specifico di cellula cancerosa.

Quindi prende di mira solo la cellula cancerosa anormale, non normale, cellule sane, e poiché è così piccolo può rompere la membrana ed entrare in quella cellula cancerosa coniugata e rilasciare il PTT.

I vettori nanotecnologici entrano nel corpo attraverso una vena nel flusso sanguigno, cercare le cellule tumorali anormali, trova il biomarcatore o le cellule cancerose e attaccale a quelle cellule e sblocca le loro particelle fluorescenti in modo che possano essere rilevate da una luce laser a fotoni.

La luce laser riscalda le nanoparticelle ad almeno 43 gradi Celsius per uccidere le cellule cancerose, lasciando infine illese tutte le altre cellule del corpo.

Potenziale trattamento del cancro fai-da-te

La procedura può essere infine eseguita dal paziente dopo l'addestramento per dirigere un piccolo dispositivo a luce laser sull'area interessata per un determinato periodo di tempo due o tre volte al giorno. Questo metodo può in definitiva migliorare il tasso di successo, oltre a ridurre i costi per il paziente. Questo dà a "punta e spara" un significato completamente nuovo.

La ricerca futura nel PTT di nanoparticelle esaminerà la tossicità, problemi di biodegradabilità e compatibilità. Shi ha affermato che il team è attualmente alla ricerca di altri materiali biodegradabili diversi da utilizzare per i vettori come le clorofille vegetali come quelle del cavolo che sono sia commestibili che fototermiche. Questo materiale è biocompatibile e biodegradabile e può potenzialmente rimanere nelle cellule tumorali fino al termine del suo lavoro, quindi dissolversi e passare attraverso il sistema digestivo.