La luce è stata a lungo usata per curare il cancro. Ma la fototerapia è efficace solo dove la luce può raggiungere facilmente, limitandone l'uso ai tumori della pelle e nelle aree accessibili con un endoscopio, come il tratto gastrointestinale.

Utilizzando un modello murino di cancro, i ricercatori della Washington University School of Medicine di St. Louis hanno escogitato un modo per applicare la terapia basata sulla luce a tessuti profondi mai accessibili prima. Invece di far brillare una luce esterna, hanno consegnato la luce direttamente alle cellule tumorali, insieme a una fonte fotosensibile di radicali liberi che può essere attivata dalla luce per distruggere il cancro. E ci sono riusciti utilizzando materiali già approvati per l'uso nei pazienti oncologici.

Lo studio appare il 9 marzo sulla rivista Nanotecnologia della natura .

"La fototerapia funziona molto bene e ha pochi effetti collaterali, ma non può essere usato per tumori profondamente radicati o metastatici, ", ha affermato l'autore senior Samuel Achilefu, dottorato di ricerca, professore di radiologia e di ingegneria biomedica alla Washington University. "Generalmente, illuminare i materiali fotosensibili genera radicali liberi che sono molto tossici e inducono la morte cellulare. Ma la tecnica ha funzionato bene solo quando la luce e l'ossigeno possono arrivarci. La necessità di ossigeno e la penetrazione superficiale della luce nei tessuti hanno limitato i progressi in quest'area per decenni".

La fonte di luce che i ricercatori hanno sfruttato si basa su un fenomeno chiamato radiazione Cerenkov, identificato negli anni '30 da Pavel Cerenkov, che in seguito vinse il Premio Nobel per la Fisica per la scoperta. La radiazione Cerenkov è responsabile del caratteristico bagliore blu dei reattori nucleari sottomarini. Viene anche prodotto durante le scansioni di tomografia a emissione di positroni (PET) che i medici usano per diagnosticare il cancro.

Achilefu e il primo autore Nalinikanth Kotagiri, dottore, dottorato di ricerca, un ricercatore post-dottorato, focalizzato su una strategia di imaging ampiamente utilizzata chiamata FDG-PET. Con questa tecnica, i pazienti vengono sottoposti a una scansione PET dopo aver ricevuto una dose endovenosa di molecole di zucchero radiomarcate chiamate fluorodesossiglucosio (FDG). Molti tumori assorbono lo zucchero per sostenere la loro rapida crescita, e il fluoro radioattivo attaccato fa illuminare quei tumori su una scansione PET, non importa dove si trovano nel corpo.

I ricercatori hanno ipotizzato che il fluoro radioattivo produrrebbe anche abbastanza radiazioni Cerenkov per attivare un agente fotosensibilizzante se potesse anche essere consegnato nella stessa posizione.

In questo modo, FDG potrebbe servire a due scopi, continuando il suo ruolo di agente di imaging e aggiungendo il nuovo lavoro di fornire luce per la fototerapia, secondo Kotagiri.

"FDG è uno degli agenti di imaging più utilizzati al mondo, "Achilefu ha detto. "Questa è la bellezza di questo paradigma di trattamento. È usato oggi negli ospedali per trovare il cancro primario e metastatico. Quindi, con FDG come nostra fonte di luce, avevamo bisogno di trovare un materiale che diventi tossico se esposto alla luce che produce".

Dopo aver esaminato una serie di opzioni, i ricercatori si sono concentrati sulle nanoparticelle fatte di biossido di titanio, un minerale con ampie applicazioni in medicina e industria anche nelle protesi d'anca, crema solare, dentifricio e additivi alimentari. Quando esposto alla luce, il biossido di titanio produce radicali liberi senza richiedere ossigeno per la reazione. Per vedere se potevano aumentare la potenza delle nanoparticelle, i ricercatori hanno anche aggiunto un farmaco chiamato titanocene alla superficie del nanomateriale.

"Titanocene è stato approvato per uso sperimentale nelle persone, "Achilefu ha detto. "È andato fino alla fase 2 degli studi clinici come agente chemioterapico. È stato trovato sicuro, ma non ha funzionato così bene rispetto a un placebo. Ancora, è anche noto per interagire con la luce a bassa intensità e rompersi nei radicali liberi. Abbiamo deciso di vedere se potevamo insegnargli a fare il suo lavoro in modo diverso, ad agire come un farmaco fototerapeutico invece di un farmaco chemioterapico".

Per aiutare le nanoparticelle a insediarsi sui tumori nei topi, i ricercatori hanno anche rivestito le particelle con una proteina chiamata transferrina che si lega al ferro nel sangue. come lo zucchero, molti tumori dipendono dal ferro per crescere. Achilefu ha sottolineato che questa proteina che lega il ferro è semplicemente un esempio di un modo per indirizzare le nanoparticelle alle cellule tumorali.

I ricercatori hanno testato diverse formulazioni delle nanoparticelle e del farmaco antitumorale in combinazione con la fonte di luce FDG in topi con tumori polmonari umani e fibrosarcoma, un tumore del tessuto connettivo. Confrontando questi topi con topi non trattati, hanno testato le seguenti combinazioni:FDG più solo nanoparticelle alla ricerca di tumore (nessun farmaco antitumorale), FDG più solo farmaco antitumorale per la ricerca di tumori (senza nanoparticelle), e FDG più nanoparticelle in cerca di tumore che trasportano il farmaco antitumorale.

Quando iniettato nel flusso sanguigno con FDG, le nanoparticelle in cerca di tumore che trasportavano il farmaco antitumorale hanno avuto l'effetto più significativo. Quindici giorni dopo il trattamento, i tumori nei topi trattati erano otto volte più piccoli di quelli nei topi non trattati.

I topi che hanno ricevuto FDG più le sole nanoparticelle in cerca di tumore sono sopravvissuti per circa 30 giorni rispetto a una media di 15 giorni per i topi non trattati. Hanno anche scoperto la stessa sopravvivenza di 30 giorni per i topi che hanno ricevuto FDG più solo il farmaco antitumorale per la ricerca del cancro, senza le nanoparticelle. La sopravvivenza è aumentata a 50 giorni per i topi che hanno ricevuto tutti e tre i componenti:FDG più le nanoparticelle in cerca di tumore che trasportano il farmaco antitumorale.

"Esposto alla fonte di luce, le nanoparticelle di biossido di titanio da sole possono uccidere il cancro, "Achilefu ha detto. "Ma l'aggiunta del farmaco sembra migliorare l'esito terapeutico. I due insieme producono diversi tipi di radicali liberi che sopraffanno le cellule tumorali. La nostra formulazione utilizza anche dosi del farmaco molto inferiori a quelle che verrebbero somministrate per la chemioterapia".

Kotagiri ha aggiunto che gli effetti collaterali tossici dovrebbero essere minimi. Sia la luce che il materiale fotosensibile sono mirati al tumore, e il materiale non è tossico se non attivato dalla sorgente luminosa, che dovrebbe verificarsi solo nel sito del tumore.

Achilefu e Kotagiri stanno pianificando un piccolo studio clinico nelle persone per valutare i componenti prontamente disponibili di questa strategia, iniziando con FDG combinato con il farmaco antitumorale sperimentale.