Le nanoparticelle offrono un modo promettente per fornire farmaci antitumorali in modo mirato, aiutando a uccidere i tumori risparmiando i tessuti sani. Però, la maggior parte delle nanoparticelle che sono state sviluppate finora si limita a trasportare solo uno o due farmaci.

I chimici del MIT hanno ora dimostrato di poter confezionare tre o più farmaci in un nuovo tipo di nanoparticelle, consentendo loro di progettare terapie combinate personalizzate per il cancro. Nei test sui topi, i ricercatori hanno dimostrato che le particelle potrebbero rilasciare con successo tre farmaci chemioterapici e ridurre i tumori.

Nello stesso studio, che appare nel numero del 14 settembre del Giornale della Società Chimica Americana , i ricercatori hanno anche dimostrato che quando i farmaci vengono somministrati da nanoparticelle, non funzionano necessariamente con lo stesso meccanismo di danneggiamento del DNA di quando vengono consegnati nella loro forma tradizionale.

Questo è significativo perché la maggior parte degli scienziati di solito presuppone che i farmaci a nanoparticelle funzionino allo stesso modo dei farmaci originali, dice Jeremiah Johnson, il Professore Associato di Chimica per lo sviluppo della carriera di Firmenich e l'autore senior dell'articolo. Anche se la versione con nanoparticelle del farmaco uccide ancora le cellule cancerose, è importante conoscere il meccanismo d'azione sottostante quando si scelgono terapie combinate e si cerca l'approvazione normativa di nuovi farmaci, lui dice.

"Le persone tendono a dare per scontato che quando metti un farmaco in una nanoparticella è lo stesso farmaco, solo in una nanoparticella, " Johnson dice. "Ecco, in collaborazione con Mike Hemann, abbiamo condotto una caratterizzazione dettagliata utilizzando un test di interferenza dell'RNA che Mike ha sviluppato per assicurarci che il farmaco colpisca ancora lo stesso bersaglio nella cellula e faccia tutto ciò che farebbe se non fosse in una nanoparticella".

Gli autori principali del documento sono Jonathan Barnes, un ex postdoc del MIT; e Pietro Bruno, un postdoc presso il Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT. Altri autori sono gli studenti universitari Hung Nguyen e Jenny Liu, l'ex postdoc Longyan Liao, e Michael Hemann, professore associato di biologia e membro del Koch Institute.

Controllo preciso

La nuova tecnica di produzione di nanoparticelle, che il laboratorio di Johnson ha riportato per la prima volta nel 2014, differisce da altri metodi che incapsulano farmaci o li attaccano chimicamente a una particella. Anziché, il team del MIT crea particelle da blocchi che già contengono molecole di farmaci. Possono unire gli elementi costitutivi in ​​una struttura specifica e controllare con precisione quanta parte di ciascun farmaco è incorporata.

"Possiamo prendere qualsiasi farmaco, purché abbia un gruppo funzionale [un gruppo di atomi che consente a una molecola di partecipare a reazioni chimiche], e possiamo caricarlo nelle nostre particelle esattamente nel rapporto che vogliamo, e farlo rilasciare esattamente nelle condizioni che vogliamo, " Johnson dice. "È molto modulare."

Un vantaggio chiave è che questo approccio può essere utilizzato per somministrare farmaci che normalmente non possono essere incapsulati con i metodi tradizionali.

Usando le nuove particelle, i ricercatori hanno somministrato dosi di tre farmaci chemioterapici:cisplatino, doxorubicina, e camptotecina, a concentrazioni che sarebbero tossiche se somministrate per iniezione in tutto il corpo, come di solito sono i farmaci chemioterapici. Nei topi che hanno ricevuto questo trattamento, i tumori ovarici si sono ridotti e i topi sono sopravvissuti molto più a lungo dei topi non trattati, con pochi effetti collaterali.

"L'esecuzione della chemioterapia combinata utilizzando queste nuove nanoparticelle polimeriche di design è un nuovo entusiasmante approccio alla chemioterapica, e questa piattaforma polimerica è particolarmente promettente per la sua capacità di trasportare un grande carico di farmaci e di somministrarli in un trigger, modo controllato, "dice Todd Emrick, un professore di scienza e ingegneria dei polimeri presso l'Università del Massachusetts ad Amherst che non è stato coinvolto nello studio.

Meccanismo inaspettato

Utilizzando un metodo sviluppato dal laboratorio di Hemann, i ricercatori hanno poi studiato come i loro farmaci a base di nanoparticelle influenzano le cellule. La tecnica misura gli effetti dei farmaci antitumorali su più di 100 geni coinvolti nella morte cellulare programmata, spesso innescata dai farmaci antitumorali. Ciò consente agli scienziati di classificare i farmaci in base ai gruppi di geni che influenzano.

"I farmaci che danneggiano il DNA vengono raggruppati in agenti che inducono il danno al DNA, e farmaci che inibiscono le topoisomerasi si raggruppano in un'altra regione, " Johnson dice. "Se hai un farmaco di cui non conosci il meccanismo, puoi fare questo test e vedere se il farmaco si raggruppa con altri farmaci le cui azioni sono note. Questo ti permette di fare un'ipotesi su cosa sta facendo il farmaco sconosciuto".

I ricercatori hanno scoperto che la camptotecina e la doxorubicina fornite da nanoparticelle hanno funzionato come previsto. Però, il cisplatino no. Il cisplatino agisce normalmente collegando filamenti adiacenti di DNA, causando danni quasi impossibili da riparare per la cellula. Quando consegnato sotto forma di nanoparticelle, i ricercatori hanno scoperto che il cisplatino agisce più come un diverso farmaco a base di platino noto come oxaliplatino. Questo farmaco uccide anche le cellule, ma con un meccanismo diverso:si lega al DNA ma induce un diverso modello di danno al DNA.

I ricercatori ipotizzano che dopo che il cisplatino viene rilasciato dalla nanoparticella, attraverso una reazione che dà il via a un gruppo noto come carbossilato, il gruppo carbossilato si riattacca quindi in un modo che fa agire il farmaco più come l'oxaliplatino. Molti altri ricercatori attaccano il cisplatino alle nanoparticelle allo stesso modo, quindi Johnson sospetta che questo potrebbe essere un problema più diffuso.

Il suo laboratorio sta ora lavorando su una nuova versione della nanoparticella di cisplatino che opera secondo lo stesso meccanismo del normale cisplatino. Il team sta anche sviluppando nanoparticelle con diverse combinazioni di farmaci da testare contro il cancro del pancreas e altri tipi di cancro.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.