Da più di un decennio, i ricercatori biomedici hanno cercato modi migliori per somministrare farmaci antitumorali direttamente ai tumori del corpo. Piccole capsule, chiamate nanoparticelle, vengono ora utilizzati per trasportare farmaci chemioterapici attraverso il flusso sanguigno, alle porte dei tumori cancerosi. Ma trovare il modo migliore per le particelle di superare la "corda di velluto" del tumore ed entrare nel tumore è una sfida che gli scienziati stanno ancora lavorando. I ricercatori della Drexel University ritengono che il trucco per ottenere l'accesso alle perniciose masse cellulari sia dare alle nanoparticelle un nuovo aspetto e che la medicazione per impressionare sarà in grado di farle superare i buttafuori biologici del tumore.

La terapia antitumorale mirata è più efficace quando il farmaco viene rilasciato il più vicino possibile all'interno di un tumore, per aumentare le sue probabilità di penetrare e uccidere le cellule cancerose. La sfida che hanno affrontato i ricercatori sul cancro per anni è creare un veicolo di consegna che sia abbastanza robusto da portare in sicurezza il farmaco attraverso il flusso sanguigno ai tumori, il che non è un viaggio regolare, ma è anche abbastanza agile da spremere attraverso il denso spazio extracellulare del tumore. una matrice ripiena di zuccheri chiamati acido ialuronico.

In una ricerca recentemente pubblicata sulla rivista Nano lettere , l'autore principale Hao Cheng, dottorato di ricerca, un assistente professore con un appuntamento presso il College of Engineering di Drexel, e affiliazione con Scuola di Ingegneria Biomedica, Scienza e sistemi sanitari; riferisce che il modo per superare la porta d'ingresso del tumore ha a che fare con il modo in cui la minuscola particella è adatta per il viaggio.

"Quello che abbiamo riportato qui è una strategia per superare le barriere biologiche che affliggono la consegna dei farmaci, come la clearance non veicolare nel flusso sanguigno da parte del sistema immunitario dell'ospite, e diffusione inefficace nella matrice extracellulare delle cellule tumorali, " Ha detto Cheng. "È una strategia unica che prevede la decorazione di nanoveicoli con enzimi noti per abbattere l'acido ialuronico, che è una barriera principale nello spazio extracellulare, e l'aggiunta di un ulteriore strato di glicole polietilenico per coprire parzialmente gli enzimi."

Nel documento intitolato "Hyaluronidase Embedded in Nanocarrier PEG Shell for Enhanced Tumor Penetration and Highly Efficient Antitumor Efficacy, " il gruppo riferisce che il loro metodo è quattro volte più efficace nell'inviare nanoparticelle in un tumore solido rispetto a una delle migliori strategie attualmente in uso. Quando i farmaci antitumorali vengono caricati nella minuscola particella, è stato dimostrato che inibisce la crescita di un tipo di cancro al seno aggressivo.

Il gruppo, che comprendeva anche i ricercatori Wilbur Bowne, dottore, un professore associato presso il College of Medicine di Drexel; Dimitrios Arhontoulis, uno studente universitario presso la Scuola di ingegneria biomedica di Drexel, Scienza e sistemi sanitari; l'autore principale Hao Zhou e Zhiyuan Fan, dottorandi, Junjie Deng, dottorato di ricerca, ricercatori post-dottorato, e Limoni Pelin, uno studente laureato, tutti nel Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali del College of Engineering, ha creato la sua tuta per nanoparticelle partendo da una comune in quest'area della ricerca sul cancro e apportando alcune modifiche chiave.

"Nella progettazione generale delle nanoparticelle, molecole bioattive, non limitate agli enzimi, erano attaccate allo strato più esterno di particelle, " Cheng ha detto. "Questi enzimi possono degradare la matrice extracellulare e migliorare la capacità delle nanoparticelle di penetrare nei tumori solidi".

Ma nel corpo, questo carico extra può causare problemi. Un problema è che legare gli enzimi alle nanoparticelle potrebbe farle arrivare prima del tumore ed essere eliminate dal flusso sanguigno prima della somministrazione del farmaco. C'è anche la possibilità che il viaggio attraverso il flusso sanguigno possa rendere inerti gli enzimi.

Per contrastare questi problemi e mantenere le nanoparticelle in rotta, il team ha deciso di aggiungere un ulteriore livello che non solo protegge il prezioso carico utile, ma posiziona anche gli enzimi per il massimo impatto.

"La novità del nostro design è che abbiamo parzialmente incorporato gli enzimi ialuronidasi in un secondo strato di glicole polietilenico per formare il guscio esterno della nanoparticella, " Ha detto Cheng. "Questo design riduce drasticamente l'effetto degli enzimi sul rallentamento della circolazione delle particelle e consente agli enzimi di mantenere la loro funzione dopo che la particella si è diffusa nel tumore".

Incorporare gli enzimi negli strati di polietilenglicole (PEG) assicura che l'aspetto della nanoparticella induca il sistema immunitario a lasciarlo in pace durante il suo viaggio verso il tumore, tuttavia e ancora permette alla particella di trattare con qualsiasi acido ialuronico che incontra durante la sua penetrazione nel tumore. Altri ricercatori hanno testato una teoria che espone prima i tumori agli enzimi, e poi alle nanoparticelle, ma questo non è altrettanto efficace del metodo di Cheng, perché le nanoparticelle sviluppate a Drexel trattengono gli enzimi per tutta la durata della loro diffusione nei tumori, riducendo al minimo la degradazione non necessaria dell'acido ialuronico.

"La degradazione dell'acido ialuronico rimuove la barriera alla diffusione delle nanoparticelle e consente loro di accedere a più cellule cancerose, " Cheng ha detto. "La diffusione potenziata aumenta anche l'accumulo di nanoparticelle nei tumori, e più nanoparticelle entrano nei tumori, più sono efficaci nel ridurne le dimensioni".

Nell'ambito della ricerca, il team ha testato la loro nanoparticella contro i concorrenti che non avevano un secondo strato di glicole polietilenico e quelli che non avevano gli enzimi di degradazione dell'ECM. Non è stata una sorpresa che la loro nanoparticella abbia funzionato meglio sia nei tumori penetranti che nell'accumulo nelle cellule cancerose.

"Questo emozionante, un nuovo sistema di somministrazione di farmaci a nanoparticelle migliorerà la somministrazione di agenti antitumorali, potenziare l'attività antitumorale per migliorare gli esiti dei pazienti, " ha detto Bowne. Prevede un enorme potenziale per questa strategia nel contesto neoadiuvante e adiuvante per un numero di tumori difficili da trattare come il seno localmente avanzato, tumori gastrointestinali pancreatici e produttori di mucina.