I ricercatori del MIT hanno progettato nanosensori in grado di profilare i tumori e possono fornire informazioni su come risponderanno a determinate terapie. Il sistema si basa su livelli di enzimi chiamati proteasi, che le cellule cancerose usano per rimodellare l'ambiente circostante.

Una volta adattato per l'uomo, questo tipo di sensore potrebbe essere utilizzato per determinare l'aggressività di un tumore e aiutare i medici a scegliere il trattamento migliore, dice Sangeeta Bhatia, il professore John e Dorothy Wilson di scienze e tecnologia della salute e ingegneria elettrica e informatica e membro del Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT.

"Questo approccio è entusiasmante perché le persone stanno sviluppando terapie attivate dalla proteasi, "Bhatia dice. "Idealmente ti piacerebbe essere in grado di stratificare i pazienti in base alla loro attività di proteasi e identificare quali sarebbero buoni candidati per queste terapie".

Una volta iniettato nel sito del tumore, i nanosensori sono attivati ​​da un campo magnetico innocuo per i tessuti sani. Dopo aver interagito con ed essere stato modificato dalle proteine ​​tumorali bersaglio, i sensori sono secreti nelle urine, dove possono essere facilmente rilevati in meno di un'ora.

Bhatia e Polina Anikeeva, la classe 1942 Professore Associato di Scienza e Ingegneria dei Materiali, sono gli autori senior del documento, che appare sul giornale Nano lettere . Gli autori principali del documento sono Simone Schurle, postdoc del Koch Institute e Jaideep Dudani, studente laureato.

Riscaldare e rilasciare

tumori, particolarmente aggressivi, spesso hanno livelli di proteasi elevati. Questi enzimi aiutano la diffusione dei tumori scindendo le proteine ​​che compongono la matrice extracellulare, che normalmente circonda le cellule e le tiene in posizione.

Nel 2014, Bhatia e colleghi hanno riferito di utilizzare nanoparticelle che interagiscono con un tipo di proteasi noto come metalloproteinasi di matrice (MMP) per diagnosticare il cancro. In quello studio, i ricercatori hanno consegnato nanoparticelle che trasportano peptidi, o brevi frammenti proteici, progettato per essere scisso dagli MMP. Se fossero presenti MMP, centinaia di peptidi scissi sarebbero escreti nelle urine, dove potrebbero essere rilevati con un semplice test cartaceo simile a un test di gravidanza.

Nel nuovo studio, i ricercatori volevano adattare i sensori in modo che potessero riferire sui tratti dei tumori in una posizione nota. Fare quello, avevano bisogno di assicurarsi che i sensori stessero producendo solo un segnale dall'organo bersaglio, non influenzato dai segnali di fondo che potrebbero essere prodotti nel flusso sanguigno. Per prima cosa hanno progettato sensori che potrebbero essere attivati ​​con la luce una volta raggiunto il loro obiettivo. Ciò richiedeva l'uso della luce ultravioletta, però, che non penetra molto nel tessuto.

"Abbiamo iniziato a pensare a quali tipi di energia potremmo usare per penetrare ulteriormente nel corpo, "dice Bhatia, che è anche membro dell'Institute for Medical Engineering and Science del MIT.

Per ottenere ciò, Bhatia ha collaborato con Anikeeva, specializzato nell'utilizzo di campi magnetici per attivare materiali a distanza. I ricercatori hanno deciso di incapsulare le nanoparticelle sensibili alla proteasi di Bhatia insieme a particelle magnetiche che si riscaldano quando esposte a un campo magnetico alternato. Il campo è prodotto da una piccola bobina magnetica che cambia polarità circa mezzo milione di volte al secondo.

Il materiale termosensibile che incapsula le particelle si disintegra quando le particelle magnetiche si riscaldano, consentendo il rilascio dei sensori di proteasi. Però, le particelle non producono abbastanza calore per danneggiare i tessuti vicini.

"È stato difficile esaminare le attività della proteasi tumore-specifica dai fluidi biologici dei pazienti perché queste proteasi sono presenti anche nel sangue e in altri organi, " dice Ji Ho (Joe) Park, professore associato di ingegneria biologica e cerebrale presso il Korea Advanced Institute of Science and Technology.

"La forza di questo lavoro sono i nanosensori di proteasi magnetotermicamente reattivi con controllabilità spaziotemporale, "dice Parco, che non è stato coinvolto nella ricerca. "Con questi nanosensori, i ricercatori del MIT potrebbero analizzare le attività della proteasi maggiormente coinvolte nella progressione del tumore riducendo significativamente l'attivazione fuori bersaglio".

Scelta dei trattamenti

In uno studio sui topi, i ricercatori hanno dimostrato di poter utilizzare queste particelle per profilare correttamente diversi tipi di tumori del colon in base alla quantità di proteasi che producono.

Trattamenti contro il cancro a base di proteasi, ora in studi clinici, sono costituiti da anticorpi che prendono di mira una proteina tumorale ma hanno "veli" che ne impediscono l'attivazione prima di raggiungere il tumore. I veli sono scissi dalle proteasi, quindi questa terapia sarebbe più efficace per i pazienti con alti livelli di proteasi.

Il team del MIT sta anche esplorando l'utilizzo di questo tipo di sensore per l'immagine di lesioni cancerose che si diffondono al fegato da altri organi. La rimozione chirurgica di tali lesioni funziona meglio se ce ne sono meno di quattro, quindi misurarli potrebbe aiutare i medici a scegliere il trattamento migliore.

Bhatia dice che questo tipo di sensore potrebbe essere adattato anche ad altri tumori, perché il campo magnetico può penetrare in profondità nel corpo. Questo approccio potrebbe anche essere ampliato per fare diagnosi basate sulla rilevazione di altri tipi di enzimi, compresi quelli che tagliano le catene di zucchero o i lipidi.

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.