Le nanoparticelle di ferro iniettate prima della risonanza magnetica possono rendere i tessuti più visibili e le stesse nanoparticelle possono consentire ai medici di mirare con precisione ai tumori con nuovi farmaci. Però, tra le sfide all'uso pratico delle nanoparticelle nel corpo umano c'è quella che gli scienziati chiamano mancanza di "emocompatibilità" - le nanoparticelle tendono ad essere attaccate e eliminate dal sistema immunitario, negando la loro utilità e anche potenzialmente causando effetti collaterali tra cui shock e perdita di pressione sanguigna. Uno studio del Cancer Center dell'Università del Colorado recentemente pubblicato sulla rivista ACS Nano descrive un importante meccanismo che il sistema immunitario utilizza per colpire le nanoparticelle di ferro e avvicina i ricercatori ad aiutare le nanoparticelle a eludere questa attivazione.

"Fondamentalmente, abbiamo cercato di capire come il sistema immunitario riconosce le nanoparticelle, "dice Dmitri Simberg, dottorato di ricerca, ricercatore presso il CU Cancer Center e assistente professore presso la Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences, l'autore senior del documento.

Simberg e colleghi hanno iniziato iniettando nei topi una versione di nanoparticelle di ferro rivestite di polimero di zucchero destrano note come nanoworms superparamagnetici. Come previsto, il sistema immunitario del topo ha attaccato le nanoparticelle, come evidenziato dall'"assorbimento" da parte di molte cellule immunitarie inclusi i linfociti, neutrofili e monociti.

"Però, non abbiamo visto lo stesso assorbimento delle cellule immunitarie nei topi con una carenza molto specifica, "dice Simberg.

Una categoria di topi testati era stata progettata per essere incapace di produrre proteine ​​essenziali per il "sistema complementare", uno dei meccanismi del sistema immunitario per riconoscere i patogeni nel sangue. Come sbattere un post-it sulla schiena di un nemico, il corpo usa queste circa 30 proteine ​​per etichettare agenti patogeni e materiali estranei per la distruzione da parte del sistema immunitario.

"I topi senza le proteine ​​del complemento non hanno attaccato e cancellato le nanoparticelle, " dice Simberg. In questi topi carenti di complemento, i nanoworms di ossido di ferro destrano superparamagnetici sono sfuggiti al sistema immunitario e sono stati in grado di funzionare come desiderato, etichettare magneticamente le cellule in modo da aiutare l'imaging MRI.

"Oltre ai topi, i leucociti umani con sistemi di complemento disabilitati non hanno assorbito nanoparticelle di ferro, " Dice Simberg. Le cellule del sangue umane donate sia da partecipanti sani che da malati di cancro hanno ingerito in modo efficiente le nanoparticelle; quando il sangue è stato trattato con un farmaco che inibisce il sistema del complemento, le cellule immunitarie non hanno attaccato le nanoparticelle.

Sfortunatamente, la soluzione alle difficoltà pratiche dell'uso delle nanoparticelle non è quella di bloccare la capacità del sistema immunitario umano di reclutare il sistema del complemento, che è uno strumento essenziale nella lotta del corpo contro infezioni e malattie. ("Sarebbe male, " dice Simberg.) Invece, Simberg e colleghi hanno continuato la linea di studio alla ricerca di modi per ingegnerizzare le nanoparticelle per eludere questo sistema.

Ci sono tre vie che attivano il sistema del complemento:Lectina, classico e alternativo. La via della lectina riconosce configurazioni specifiche di molecole di zucchero comuni sulle superfici di microrganismi dannosi tra cui salmonella e listeria. Il "destrano" nei nanoworm di ossido di ferro destrano superparamagnetico è uno zucchero riconosciuto dalla via della lectina, attivando il sistema del complemento e portando il sistema immunitario ad attaccare queste particelle. Però, Simberg e colleghi hanno dimostrato che inducendo legami incrociati tra le molecole di zucchero che rivestono queste nanoparticelle, la struttura era abbastanza alterata da diventare invisibile a questo percorso lectinico.

"Quando abbiamo usato una sostanza chimica per creare legami incrociati su superfici di nanoparticelle, abbiamo visto che erano quasi invisibili al sistema immunitario dei topi, " Dice Simberg. Questa reticolazione ha ridotto l'assorbimento delle nanoparticelle da parte del sistema immunitario di oltre il 70 percento.

Tuttavia (con sorpresa dei ricercatori), la tecnica non ha aiutato le nanoparticelle a eludere il sistema immunitario umano.

"Si è scoperto che mentre i topi utilizzano principalmente la via della lectina per attivare il sistema del complemento per attaccare i nanoworm, negli esseri umani la via più attiva che attacca i nanoworm è la via alternativa. Questo percorso alternativo non è ingannato dalla reticolazione e quindi il sistema del complemento umano continua a riconoscere e ad attaccare le nanoparticelle reticolate, "dice Simberg.

Però, il quadro è ancora più complesso di così:nonostante l'attivazione del complemento, gli zuccheri di superficie delle nanoparticelle reticolanti consentivano ancora alle nanoparticelle di eludere parzialmente le cellule immunitarie umane. Se non complementare l'evasione del sistema, di cosa si tratta questi legami incrociati che hanno aiutato le nanoparticelle a fuggire?

"Abbiamo un documento in corso proprio su questo, " Dice Simberg. "Speriamo di presentare per la pubblicazione in pochi mesi."