Le grandi scoperte arrivano in piccoli pacchetti. Pochi lo sanno meglio di Ann-Marie Broome, dottorato di ricerca, chi ritiene che la nanotecnologia detenga il futuro della medicina con la sua capacità di fornire farmaci potenti in piccoli, pacchetti di design.

La sua ultima ricerca trova l'applicazione perfetta, mirando alle cellule cancerose del tumore al cervello.

Risultati del suo recente articolo pubblicato online sulla rivista internazionale Nanomedicina - Future Medicine ha scoperto che un nanocarrier lipidico progettato per essere abbastanza piccolo da superare la barriera emato-encefalica potrebbe essere mirato a fornire un farmaco chemioterapico in modo più efficiente alle cellule tumorali nel cervello. Gli studi in vivo hanno mostrato un assorbimento specifico e un aumento dell'uccisione nelle cellule gliali, tanto che Broome inizialmente ha messo in dubbio i risultati.

"Sono rimasto molto sorpreso da quanto abbia funzionato bene e in modo efficiente una volta che abbiamo portato il nanocarrier a quelle cellule, " lei disse, spiegando che i risultati iniziali erano così promettenti che ha chiesto al suo team di ripetere gli esperimenti, utilizzando diverse linee cellulari, quantità di dosaggio e tempi di trattamento. Ricercatori e medici sono entusiasti perché potenzialmente indica la strada verso una nuova opzione di trattamento per i pazienti con determinate condizioni, come il glioblastoma multiforme (GBM), il fulcro di questo studio.

Il glioblastoma multiforme è una malattia devastante senza opzioni curative a causa di diverse sfide, disse Broome, che è il direttore del Molecular Imaging del Center for Biomedical Imaging della Medical University of South Carolina e direttore del Small Animal Imaging dell'Hollings Cancer Center. Il tumore al cervello ha una mortalità complessiva significativa, in parte a causa della sua posizione, difficoltà del trattamento chirurgico e incapacità di far passare i farmaci attraverso la barriera ematoencefalica, una barriera protettiva progettata per mantenere un ambiente stabile all'interno e intorno al cervello.

Nel 40% dei casi, i trattamenti standard prolungheranno l'aspettativa di vita da 4 a 7 mesi. "È davvero un risultato triste. Ci sono modi migliori per fornire standard di cura".

È qui che entrano in gioco Broome e il suo laboratorio di nanotecnologie.

La nanotecnologia è medicina, ingegneria, chimica, e biologia, tutti raggruppati insieme e condotti su scala nanometrica, tra 1 e 1, 000 nanometri. Per confronto, una sottile pagina di giornale è circa 100, 000 nanometri di spessore. Broome e il suo team hanno preso ciò che sanno sulla biologia del cancro e sul fattore di crescita derivato dalle piastrine (PDGF), una delle numerose proteine ​​del fattore di crescita che regola la crescita e la divisione cellulare ed è anche sovraespressa sulle cellule tumorali del cervello. Con quello in mente, hanno progettato una micella che è un nanovettore di fosfolipidi, "un po' di globulo grasso, " per somministrare una dose concentrata del farmaco chemioterapico temozolomide (TMZ) alle cellule tumorali GBM.

"Micelle di una certa dimensione attraverseranno la barriera emato-encefalica trasportando una quantità concentrata di TMZ, " ha spiegato su come funziona la nanotecnologia. "Il PDGF è usato molto come un indirizzo postale. La micella lo porta in strada, e il PDGF lo porta a casa." Questa capacità di mira è importante perché i ricercatori hanno appreso che è probabile che il GBM si ripresenti, lei disse.

"Si pensa che le cellule satelliti lasciate dopo la rimozione chirurgica siano quelle in più rapida crescita e più pericolose. Stiamo cercando di uccidere quelle cellule satelliti in rapida crescita che si trasformeranno in nuovi tumori in quella posizione o in altri. Questi tumori satellite crescono in modo più aggressivo di gli altri, devi colpirli forte, veloce e aggressivo".

Sorprendentemente, la nanotecnologia fa già parte della vita quotidiana in molti modi di cui le persone non si rendono conto. È utilizzato in tutto, dal trucco come creme idratanti o filtri solari UV al gelato per mantenere temperature congelate e consistenze cremose.

In medicina, Broome ha detto, i ricercatori costruiscono nanocarrier che sono stabili e furtivi. "Le tue cellule immunitarie non possono attaccarle. Rimangono nascoste." Quando il pacco arriva dove sta andando, i nanotecnologi hanno vari metodi per far rilasciare alle micelle i loro carichi utili:un modo è usare la natura acida di un tumore in rapida crescita. Nella normale circolazione, il pH del sangue è leggermente alcalino e la micella rimane intatta. Ciò che i ricercatori hanno scoperto è che in molti tipi di tumore, il pH cambia drasticamente in un ambiente acido.

"Mentre il tumore cresce, crea sottoprodotti di scarto e metaboliti che alterano il pH, abbassandolo così. Man mano che il centro diventa più necrotico, diventa ancora più acido."

Il cambiamento nel pH innesca un rilascio del farmaco dalle nostre micelle proprio dove i medici vogliono che vada per ridurre la tossicità per il resto del corpo, lei disse.

"Sfruttiamo l'ambiente naturale del tumore e l'espressione cellulare. Sono un grande sostenitore della comprensione che il microambiente ha un impatto su quanto bene si possono trattare i tumori. È probabilmente il motivo per cui così tante terapie falliscono, perché devi prendere in considerazione del sistema immunitario, l'ambiente locale, e le cellule stesse:tutte e tre queste sono considerazioni importanti".

Ecco perché la nanotecnologia ha un vantaggio nel plasmare i futuri trattamenti contro il cancro.

"È molto importante che il pubblico riconosca che la nanotecnologia è il futuro. Ha un impatto su così tanti campi diversi. Ha un chiaro impatto sulla biologia del cancro e potenzialmente ha un impatto sui tumori inaccessibili, intrattabile, undruggable - che in circostanze normali sono in definitiva una campana a morto." Troppo familiare con questo è il ricercatore e clinico Amy Lee Bredlau, M.D., direttore del Programma per i tumori cerebrali pediatrici di MUSC Health, che ha anche fatto parte dello studio. Broome ha detto che le piace avere la prospettiva di un medico in laboratorio per focalizzare il gruppo sui risultati traslazionali per i pazienti.

"Ecco perché è così gratificante lavorare con Amy Lee. Lavora con molti tumori per i quali non ci sono opzioni. Stiamo cercando di fornire opzioni".

Bredlau accettò. "Questo documento è entusiasmante perché dimostra un nuovo approccio al trattamento dei tumori cerebrali, combinando il targeting della nanotecnologia con un marcatore di tumori cerebrali con un sistema di somministrazione specializzato. Ci consentirà alla fine di colpire i tumori cerebrali dell'infanzia e degli adulti aggressivi".

Bredlau ha detto che sta prendendo una pausa dalla sua pratica clinica per essere nel laboratorio di ricerca di Broome perché sa che è così che può accelerare al meglio il processo.

"Sono appassionato di migliorare la vita dei miei pazienti, ora e in futuro. Il progresso della ricerca ora è il modo migliore per migliorare la vita dei miei pazienti futuri".

Bredlau ritiene che la nanotecnologia abbia il potere di rivoluzionare il trattamento dei tumori cerebrali. "Quando perfezioniamo questa strategia, saremo in grado di fornire potenti chemioterapie solo nell'area che ne ha bisogno. Ciò migliorerà drasticamente i nostri tassi di guarigione e al contempo eliminerà una parte enorme dei nostri effetti collaterali dalla chemioterapia. Immagina un mondo in cui una diagnosi di cancro non solo non fosse pericolosa per la vita, ma anche non significava che ti saresti stancato, nausea o perdere i capelli."

Sebbene entusiasta dei risultati dello studio, Broome avverte che c'è ancora molto lavoro da fare prima che nuove opzioni di trattamento siano prontamente disponibili per i pazienti.

"Può o meno essere efficace per tutti i tipi di GBM. Esistono sottotipi e GBM resistenti alla terapia che questi nanocarrier potrebbero non avere alcun impatto. Dobbiamo continuare a test rigorosi per verificare e convalidare i nostri risultati iniziali".

Esploreranno un campo in espansione di biomarcatori mirati disponibili per le cellule tumorali GBM. Come è comune nel cancro al seno e in altri tipi di cancro, questo tumore ha recettori specifici sulla superficie cellulare che sono sovraespressi, lei disse.

E sebbene il farmaco TMZ in questo protocollo funzioni in modo molto efficiente, potrebbe non essere il miglior farmaco per la maggior parte delle persone, lei disse. "Ora che sappiamo che possiamo portare il farmaco nella posizione designata e farlo funzionare in modo efficiente, abbiamo un comparatore Possiamo testare combinazioni più letali e diverse di farmaci che non sono mai stati usati prima in questo scenario".

Questo metodo di somministrazione dei farmaci apre anche nuove finestre ai trattamenti immunoterapici che ottengono riconoscimenti a livello internazionale. Broome vuole prendere chemioterapici e combinarli con nuovi trattamenti immunoterapeutici per formare pacchetti di consegna combinati unici.

È ambizioso.

Bromo, la cui squadra scherza dicendo che tiene "a lungo, elenco in esecuzione di attività impossibili, " ha detto che il lavoro si traduce anche in tanti campi oltre il cancro, incluso l'ictus, medicina dei trapianti e rigenerativa, dove potrebbe essere utilizzato, ad esempio, nella guarigione delle ferite in dermatologia o nel mantenimento degli organi nei trapianti. È uno dei motivi per cui ha presentato la sua ultima ricerca a una rivista internazionale perché vuole accelerare i progressi della nanotecnologia, un campo che non ha dubbi cambierà il modo in cui viene fatta la medicina.

"Sono la ragione principale per cui continuo a fare quello che faccio, " ha detto dei pazienti che affrontano diagnosi cupe. "Mi danno speranza. Le possibilità per la nanoterapia sono infinite e luminose".