Grazie al lavoro di un team interdisciplinare di ricercatori del Dartmouth Center of Nanotechnology Excellence, finanziato dall'Istituto Superiore di Sanità, le nanoparticelle magnetiche di prossima generazione (MNP) potrebbero presto trattare tumori profondi e difficili da raggiungere all'interno del corpo umano.

Sebbene i ricercatori avvertano che qualsiasi nuova terapia basata sulle loro scoperte dovrà dimostrarsi sicura ed efficace negli studi clinici prima di diventare regolarmente disponibile per le persone con cancro, indicano il lavoro che hanno pubblicato questa settimana nel Rivista di fisica applicata , da AIP Publishing, come un progresso significativo.

Hanno creato una nuova classe di nanoparticelle magnetiche a forma di fiore con prestazioni superiori nei campi magnetici di basso livello e hanno elaborato il loro meccanismo di riscaldamento. Il lavoro fornisce suggerimenti futuri per lo sviluppo di una nuova generazione di nanoparticelle magnetiche di forma irregolare per la terapia del cancro dell'ipertermia.

Che cos'è l'ipertermia clinica? È una tecnica in cui la temperatura di una parte o dell'intero corpo viene innalzata al di sopra del normale. È noto che il calore danneggia o distrugge le cellule cancerose, ma per sfruttarlo in modo sicuro ed efficace, il riscaldamento deve essere applicato in modo molto specifico e il tumore deve essere mantenuto entro un preciso intervallo di temperatura per un preciso periodo di tempo.

Un modo per raggiungere questo obiettivo è somministrare nanoparticelle e quindi riscaldarle con l'energia della luce, onde sonore o magnetiche alternate. Questo non è un compito facile perché le onde a radiofrequenza alternate applicate generano anche un riscaldamento non necessario nei tessuti normali. "Ad oggi, la maggior parte delle particelle disponibili in commercio progettate per l'applicazione del calore dell'ipertermia molto bene in una frequenza relativamente alta, forte campo magnetico, " disse Fridon Shubitidze, professore associato di ingegneria presso la Thayer School of Engineering del Dartmouth College. "Però, c'è un limite alla frequenza e alla forza che può essere applicata."

Quando il corpo umano è posto in un campo alternato ad alta frequenza e forte, comincia a scaldarsi e, se lasciato deselezionato, questo potrebbe danneggiare le cellule normali. "Un modo per evitare di danneggiare i tessuti normali è acquisire una comprensione più profonda dei meccanismi di riscaldamento delle nanoparticelle magnetiche e utilizzare questa conoscenza per creare nanoparticelle magnetiche che si riscaldano a basse intensità di campo, " ha sottolineato Shubitidze.

Generalmente, i materiali magnetici sfusi si riscaldano quando subiscono un campo magnetico variabile. "Quando rimpicciolito a dimensioni nano, questi materiali possono riscaldare in diversi modi che non si verificano su scala più ampia, " ha spiegato Shubitidze. "Alcuni coinvolgono il movimento, con le particelle che ruotano fisicamente e/o si muovono sotto l'influenza del campo, mentre altri sono del tutto non meccanici e comportano solo cambiamenti nella direzione in cui le particelle sono magnetizzate".

Globale, l'ipertermia delle nanoparticelle magnetiche consiste in due fasi principali:la consegna e quindi l'attivazione delle nanoparticelle all'interno delle cellule tumorali. Una volta che le nanoparticelle magnetiche vengono consegnate all'interno delle cellule tumorali, il sistema attiva un campo elettromagnetico che trasferisce loro energia, creando riscaldamento localizzato per distruggere le cellule tumorali.

"La temperatura locale è direttamente correlata alla grandezza del campo magnetico alternato al tumore, " Elaborò Shubitidze. "Il campo magnetico alternato di una bobina decade rapidamente, quindi per applicare questa tecnologia nei casi che coinvolgono tumori profondi all'interno del corpo, come i tumori del pancreas, il raggiungimento di un campo magnetico alternato di ampiezza elevata nel tumore richiede un campo magnetico alternato di ampiezza ancora maggiore in superficie. Questo campo di elevata magnitudo può anche elevare la temperatura nei tessuti normali e limita l'applicabilità della terapia dell'ipertermia con nanoparticelle magnetiche non ottenendo abbastanza calore dalle particelle, che sono in un tumore in profondità all'interno del corpo."

Le particelle progettate, sintetizzati e testati dal team mostrano prestazioni migliorate a bassi livelli di campo rispetto alle loro controparti disponibili in commercio.

Questo segna un passo significativo verso "l'abilitazione del trattamento dei tumori che si trovano in profondità all'interno del corpo, " ha detto Shubitidze. "Il meccanismo del riscaldamento è dettato da vari fattori come la forma delle nanoparticelle, dimensione, tipo di materiale e influenza dell'ambiente circostante. Le analisi hanno mostrato che oltre al possibile riscaldamento per isteresi, il meccanismo di perdita di potenza per le nostre nanoparticelle magnetiche è la perdita per attrito viscoso guidata dal campo magnetico, che in precedenza non era considerato all'interno della comunità di ricerca sull'ipertermia delle nanoparticelle magnetiche".

In termini di applicazioni, l'ipertermia delle nanoparticelle magnetiche si dimostra efficace quando ci sono abbastanza particelle nel tumore, quando le particelle hanno proprietà di riscaldamento favorevoli, e quando viene erogato un campo magnetico sufficientemente forte. La tecnologia può essere utilizzata come terapia autonoma o come terapia adiuvante insieme a chemio e radioterapia per il trattamento del cancro.

Lo sviluppo di nanoparticelle magnetiche che riscaldano a livelli di campo inferiori è un "passo importante per rendere l'ipertermia delle nanoparticelle magnetiche un trattamento clinicamente praticabile per i tumori profondi, " ha osservato Shubitidze.

Quali sono le prospettive per la squadra? "Stiamo attualmente lavorando per combinare le nostre nanoparticelle magnetiche e un nuovo dispositivo per fornire una maggiore intensità di campo al tumore in caso di cancro al pancreas, che è un obiettivo particolarmente difficile per i dispositivi di generazione di campo convenzionali, " ha detto Shubitidze.