Quando si tratta di consegnare farmaci, le nanoparticelle a forma di bastoncelli e vermi sono la soluzione migliore per compiere l'arduo viaggio verso il centro di una cellula, suggerisce una nuova ricerca australiana.
Un nuovo studio pubblicato su Nanotecnologia della natura ha risposto a una domanda di vecchia data che potrebbe portare alla progettazione di migliori veicoli per la somministrazione di farmaci:in che modo la forma delle nanoparticelle influisce sul viaggio attraverso la cellula.
"Siamo stati in grado di dimostrare per la prima volta che le nanoparticelle a forma di bastoncelli e vermi erano più efficaci delle nanoparticelle sferiche nell'attraversare le barriere intracellulari e questo ha permesso loro di arrivare fino al nucleo della cellula, ", afferma la dott.ssa Elizabeth Hinde dell'autore principale dell'UNSW.
Lo studio è stato condotto da chimici, ingegneri, e ricercatori medici dell'UNSW in una collaborazione tra l'Australian Research Council Center of Excellence in Advanced Molecular Imaging e l'Australian Research Council Center of Excellence in Bio-Nano Science. I centri hanno entrambi sede presso la Monash University, con i nodi di ricerca dell'UNSW di Sydney.
Il team ha applicato per la prima volta un nuovo metodo di microscopia alla somministrazione di farmaci, che ha permesso loro di tracciare il movimento di nanoparticelle di forma diversa attraverso una singola cellula tumorale coltivata, ad altissima risoluzione temporale e spaziale. Usando questo metodo, i ricercatori sono stati in grado di individuare dove venivano rilasciati i farmaci, e come si diffondono nella cellula.
Hanno scoperto che il farmaco contro il cancro, doxorubicina, era più efficace quando poteva violare la barriera cellulare forte ma porosa che proteggeva il nucleo, il centro di controllo della cellula. È importante sottolineare che hanno scoperto che la forma delle nanoparticelle ha influenzato il modo in cui il farmaco ha violato la barriera.
Dottor Hinde, un ricercatore associato sull'Imaging CoE, afferma che i ricercatori potevano vedere in precedenza la distribuzione complessiva delle loro nanoparticelle in una cellula, ma non disponeva degli strumenti di microscopia per capire come fosse stata impostata questa localizzazione, una limitazione fondamentale nella ricerca sulla somministrazione di farmaci.
"Devi sapere come le cose arrivano alla loro destinazione finale per indirizzarle lì. Ora abbiamo uno strumento per tracciare questo incredibile viaggio al centro della cellula. Significa che altri gruppi di ricerca possono usarlo per valutare le loro nanoparticelle e il farmaco sistemi di consegna.
"Potranno capire come adattare le loro particelle per raggiungere il nucleo o altre strutture nella cellula, e misurare dove viene lasciato il carico. Prima non era possibile".
La forma delle cose a venire:verga, verme o sfera?
Le nanoparticelle polimeriche svolgeranno un ruolo vitale nel futuro della medicina:queste particelle ultra-minuscole possono trasportare farmaci per aiutare ad attaccare e uccidere le cellule tumorali, consegnare selettivamente i farmaci solo dove sono necessari, e produrre scoperte nella diagnostica e nell'imaging delle malattie.
Gli ingegneri dell'UNSW hanno fabbricato quattro tipi di nanoparticelle:una a forma di asta, uno come un verme, e due di forma sferica. Questi erano etichettati con etichette fluorescenti, e incubate in cellule cancerose. Combinando un nuovo approccio di microscopia a fluorescenza con alcune analisi statistiche, il team è stato in grado di creare un'immagine chiara di come ogni particella è passata attraverso la cellula.
Mentre le particelle sferiche sono state bloccate dall'involucro nucleare, l'asta e le particelle a forma di verme erano in grado di passare attraverso. Ciò fornisce un percorso per lo sviluppo di particelle che possono mirare selettivamente e uccidere le cellule tumorali, senza ferire quelli sani.
Il dott. Hinde spiega:"Le cellule cancerose hanno un'architettura interna diversa rispetto alle cellule sane. Se riusciamo a mettere a punto le dimensioni di queste nanoparticelle a forma di bastoncino, quindi passano solo attraverso le barriere cellulari nelle cellule cancerose e non in quelle sane, possiamo ridurre alcuni degli effetti collaterali delle chemioterapie".
Opportunità per altri gruppi di ricercatori
"L'impatto sul campo è enorme, " afferma il professor Justin Gooding di Scientia dell'UNSW e dell'ARC Center of Excellence in Bio-Nano Science. "Ci dà la capacità di guardare all'interno della cellula, guarda cosa stanno facendo le particelle, e progettarli per fare esattamente quello che vogliamo che facciano."
"E questo non è solo grazie al microscopio, ma le informazioni ei dati che possiamo estrarre dalle nuove procedure di analisi che abbiamo sviluppato. Se altri gruppi di ricerca possono imparare come fare questa analisi, possono utilizzare l'attrezzatura già nei loro laboratori e iniziare domani, "dice il professor Gooding. "La gente vedrà, All'improvviso, che possono ottenere ogni sorta di nuove informazioni sulle loro particelle."
I ricercatori collaboreranno presto con il dottor John McGhee di UNSW Art &Design, che combina dati scientifici, immagini al microscopio, e animazione generata al computer per creare rendering in realtà virtuale dell'interno di cellule umane e vasi sanguigni.
Le opere d'arte consentono ai ricercatori di visualizzare e fare tour a piedi in realtà virtuale attraverso il corpo, e potrebbe contribuire ad accelerare il processo di sviluppo dei farmaci.
