La ricercatrice dell'Università dell'Alabama a Birmingham Eugenia Kharlampieva, dottorato di ricerca, produce microcapsule polimeriche destinate a trasportare farmaci antitumorali nel sito di un tumore. Lavorando nel Dipartimento di Chimica dell'UAB all'intersezione della chimica dei polimeri, nanotecnologie e scienze biomediche, sta creando nuove particelle "intelligenti" che forniranno una somministrazione controllata di farmaci terapeutici. Nello specifico, ha scoperto che i cambiamenti nella forma o nell'elasticità di questi minuscoli vettori influenzano notevolmente la loro capacità di superare gli ostacoli alla somministrazione del farmaco che si trovano tra un'iniezione in una vena e l'inglobamento in una cellula cancerosa.

In un recente documento, Kharlampieva e colleghi hanno confrontato quattro diverse microcapsule:cubi o sfere rigidi, e cubi o sfere elastici, per vedere come si comportano contro tre sfide. Il primo è evitare l'inghiottimento da parte delle cellule del sistema immunitario dei macrofagi sani che fungono da vedette e primi difensori contro gli agenti patogeni estranei che entrano nel corpo. Il secondo è la capacità di spremere attraverso le minuscole aperture nelle pareti dei vasi sanguigni malsani per raggiungere le cellule tumorali. Il terzo è essere assorbito dalle cellule tumorali, dove possono consegnare il carico utile della chemioterapia.

Negli esperimenti in vitro, la squadra ha trovato chiari vincitori. Per la sfida dei macrofagi, le sfere e i cubi elastici erano di gran lunga migliori nell'evitare l'inghiottimento rispetto alle sfere e ai cubi solidi. Ciò significa potenzialmente meno danni alle cellule sane del sistema immunitario e un'emivita più lunga nel flusso sanguigno per le microcapsule terapeutiche elastiche.

"Vogliamo che stiano lontano dai macrofagi, che sono come i soldati di pulizia del flusso sanguigno, " ha detto Kharlampieva. "Abbiamo scoperto che le particelle cave sono molto più elastiche, e non vengono assorbiti dai macrofagi, che è fantastico."

Nella sfida di spremere attraverso minuscole aperture, le sfere e i cubi elastici erano di gran lunga migliori delle microcapsule solide. Le pareti dei microscopici vasi sanguigni nei tumori hanno aperture che vanno da 300 nanometri a 1,2 micrometri. I ricercatori hanno scoperto che le microcapsule elastiche, che sono larghe 2 micrometri, poteva spremere attraverso pori due o tre volte più piccoli dei diametri delle particelle. E dopo aver spremuto, le microcapsule hanno ripreso la loro forma di sfere o cubi.

Nei test di assorbimento nelle cellule del cancro al seno, i cubi, solidi o elastici, hanno mostrato un maggiore assorbimento, forse perché le pareti piatte hanno una maggiore superficie di contatto con le celle.

Così, globale, scrivono i ricercatori, "I nostri dati mostrano che le capsule cubiche elastiche possiedono importanti caratteristiche biologiche, che può giustificare il loro ulteriore sviluppo per la terapia del cancro".

Il prossimo passo per Kharlampieva e i suoi colleghi sarà testare il significato biologico, osservando come i cambiamenti di forma ed elasticità influenzano i destini e le destinazioni di queste microcapsule polimeriche nel flusso sanguigno dei topi.

Particolari

Per fabbricare le sfere e i cubi, Kharlampieva e colleghi iniziano con impalcature solide:una particella sferica di biossido di silicio o un cristallo cubico di carbonato di manganese. Quindi rivestono le particelle con cinque doppi strati di polimeri, utilizzando acido tannico e poli(N-vinilpirrolidone). Per le microcapsule solide, lasciano le impalcature al loro posto. Per le microcapsule elastiche, rimuovono le impalcature con acido o un agente chelante.

Le microcapsule risultanti sono idrosolubili, atossico e biodegradabile, che si adatta a loro per il lavoro di somministrazione controllata di farmaci, e le pareti polimeriche di queste forme hanno uno spessore di soli 50 nanometri. La loro elasticità viene misurata con un microscopio a forza atomica, e sono così piccoli che una linea di 12, 700 delle microcapsule misurerebbero 1 pollice.

L'indagine di Kharlampieva sugli effetti della forma e dell'elasticità deriva dalla semplice osservazione che le cellule del corpo che viaggiano attraverso il flusso sanguigno non sono sferiche e sono piuttosto elastiche.

La carta, "La forma cubica migliora l'interazione delle particelle polimeriche strato per strato con le cellule del cancro al seno, " è stato pubblicato in Materiali sanitari avanzati .