Gli scienziati della Nanyang Technological University (NTU Singapore) hanno inventato un nuovo modo per somministrare farmaci antitumorali in profondità nelle cellule tumorali.

Gli scienziati della NTU creano microbolle di gas ricoperte di particelle di farmaci antitumorali e nanoparticelle di ossido di ferro, e quindi utilizzare i magneti per dirigere queste bolle a raccogliersi attorno a un tumore specifico.

Gli ultrasuoni vengono quindi utilizzati per far vibrare le microbolle, fornendo l'energia per dirigere le particelle di droga in un'area mirata.

Questa tecnica innovativa è stata sviluppata da un team multidisciplinare di scienziati, guidato dal Prof Xu Chenjie dell'Asst della Scuola di Ingegneria Chimica e Biomedica e dal Prof Claus-Dieter Ohl dell'Assoc della Scuola di Scienze Fisiche e Matematiche.

Le microbolle di NTU sono state testate con successo sui topi e lo studio è stato pubblicato dal Nature Publishing Group in Materiali asiatici , la rivista più importante per le scienze dei materiali nella regione Asia-Pacifico.

Superare i limiti della chemioterapia

Asst Prof Xu, che è anche ricercatore presso il NTU-Northwestern Institute for Nanomedicine, ha affermato che il loro nuovo metodo potrebbe risolvere alcuni dei problemi più urgenti affrontati nella chemioterapia utilizzata per curare il cancro.

Il problema principale è che gli attuali farmaci chemioterapici sono in gran parte non mirati. Le particelle di farmaco fluiscono nel flusso sanguigno, danneggiando sia le cellule sane che quelle cancerose. Tipicamente, questi farmaci vengono eliminati rapidamente in organi come i polmoni e il fegato, limitandone l'efficacia.

Anche i restanti farmaci non sono in grado di penetrare in profondità nel nucleo del tumore, lasciando in vita alcune cellule cancerose, che potrebbe portare a una ripresa della crescita del tumore.

"La prima caratteristica unica delle nostre microbolle è che sono magnetiche. Dopo averle iniettate nel flusso sanguigno, siamo in grado di raccoglierli attorno al tumore usando dei magneti e assicurarci che non uccidano le cellule sane, " spiega Asst Prof Xu, che dal 2004 lavora alla diagnosi del cancro e ai sistemi di somministrazione dei farmaci.

"Ma ancora più importante, la nostra invenzione è la prima del suo genere che consente alle particelle di farmaco di essere dirette in profondità in un tumore in pochi millisecondi. Possono penetrare a una profondità di 50 strati cellulari o più, che è di circa 200 micrometri, due volte la larghezza di un capello umano. Ciò aiuta a garantire che i farmaci possano raggiungere le cellule tumorali sulla superficie e anche all'interno del nucleo del tumore".

Professore Associato Clinico Chia Sing Joo, un consulente senior presso il centro di endoscopia dell'ospedale Tan Tock Seng e la clinica di urologia e continenza, è stato uno dei consulenti di questo studio.

Un chirurgo robotico esperto nel trattamento della prostata, cancro alla vescica e ai reni, Assoc Prof Chia ha detto, "Affinché i farmaci antitumorali raggiungano la loro migliore efficacia, hanno bisogno di penetrare in modo efficiente nel tumore per raggiungere il cistoplasma di tutte le cellule tumorali che vengono prese di mira senza influenzare le cellule normali.

"Attualmente, questi possono essere ottenuti mediante un'iniezione diretta nel tumore o somministrando un grande dosaggio di farmaci antitumorali, che può essere doloroso, caro, poco pratico e potrebbe avere vari effetti collaterali".

Lo specialista in uro-oncologia ha aggiunto che se la tecnologia di NTU si dimostra valida, i medici potrebbero essere in grado di localizzare e concentrare i farmaci antitumorali attorno a un tumore, e introdurre i farmaci in profondità nei tessuti tumorali in pochi secondi utilizzando un sistema ad ultrasuoni clinico.

"In caso di successo, Immagino che possa essere un buon trattamento alternativo in futuro, uno che è a basso costo e tuttavia efficace per il trattamento dei tumori che coinvolgono tumori solidi, in quanto potrebbe ridurre al minimo gli effetti collaterali dei farmaci".

Nuovo sistema di somministrazione dei farmaci

La motivazione di questo progetto di ricerca è trovare soluzioni alternative per i sistemi di somministrazione dei farmaci che siano non invasivi e sicuri.

Gli ultrasuoni utilizzano onde sonore con frequenze superiori a quelle udite dall'orecchio umano. È comunemente usato per l'imaging medico come per ottenere immagini diagnostiche.

Magneti, che può attirare e attirare le microbolle, sono già in uso in macchine diagnostiche come la Risonanza Magnetica (MRI).

"Stiamo cercando di sviluppare nuovi vettori di farmaci, essenzialmente modi migliori per fornire farmaci con effetti collaterali minimi, " ha spiegato il prof Ohl, un esperto di biofisica che aveva pubblicato studi precedenti sui sistemi di somministrazione dei farmaci e sulla dinamica delle bolle.

"La maggior parte dei prototipi di sistemi di somministrazione di farmaci sul mercato devono affrontare tre sfide principali prima di poter avere successo commerciale:devono essere non invasivi, amichevole per il paziente e tuttavia conveniente.

"Utilizzando la teoria delle microbolle e di come la loro superficie vibra sotto gli ultrasuoni, siamo stati in grado di trovare la nostra soluzione che affronta queste tre sfide".

Team interdisciplinare

Questo studio, che durò due anni e mezzo, ha coinvolto un team interdisciplinare internazionale di 12 uomini composto da scienziati NTU e scienziati della City University di Hong Kong e dell'Università di Tel Aviv in Israele. Facevano parte del team anche due studenti universitari della NTU che svolgevano il loro progetto finale e uno studente del programma di tirocinio di ricerca estiva (NTU).

Andando avanti, il team adotterà questo nuovo sistema di somministrazione di farmaci negli studi sul cancro del polmone e del fegato utilizzando modelli animali, ed eventualmente studi clinici.

Stimano che ci vorranno altri otto-dieci anni prima che raggiunga gli studi clinici sull'uomo.