Nel laboratorio, i medici possono attaccare la chemioterapia alle nanoparticelle che colpiscono i tumori, e può utilizzare le nanoparticelle per migliorare l'imaging con la risonanza magnetica, Scansioni PET e TC. Sfortunatamente, le nanoparticelle assomigliano molto agli agenti patogeni:l'introduzione di nanoparticelle nel corpo umano può portare all'attivazione del sistema immunitario in cui, nella migliore delle ipotesi, le nanoparticelle vengono eliminate prima di raggiungere il loro scopo, e nel peggiore dei casi, l'inizio di una pericolosa reazione allergica. Un articolo del Cancer Center dell'Università del Colorado pubblicato oggi sulla rivista Nanotecnologia della natura dettaglia come il sistema immunitario riconosce le nanoparticelle, potenzialmente aprendo la strada per contrastare o evitare questo rilevamento.

Nello specifico, lo studio ha lavorato con nanoparticelle di ossido di ferro rivestite di destrano, una classe promettente e versatile di particelle utilizzate come veicoli per la somministrazione di farmaci e potenziatori di contrasto MRI in molti studi. Come suggerisce il nome, le particelle sono minuscoli granelli di ossido di ferro incrostati di catene di zucchero.

"Abbiamo usato diversi sofisticati approcci di microscopia per capire che le particelle fondamentalmente sembrano bruchi, "dice Dmitri Simberg, dottorato di ricerca, ricercatore presso il CU Cancer Center e assistente professore presso la Skaggs School of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences, l'autore senior del documento.

Il confronto è sorprendente:la particella di ossido di ferro è il corpo del bruco, che è circondato da sottili peli di destrano.

Se le nanoparticelle di ossido di ferro rivestite di destrano di Simberg sono bruchi, allora il sistema immunitario è un corvo grasso che li mangerebbe - cioè, se riesce a trovarli. Infatti, il sistema immunitario si è evoluto proprio per questo scopo - trovare e "mangiare" particelle estranee - e piuttosto che un'entità omogenea è in realtà composta da una manciata di sistemi interconnessi, ciascuno specializzato per contrastare una forma specifica di particella invadente.

Il lavoro precedente di Simberg mostra che è il sottocomponente immunitario chiamato sistema del complemento che sfida maggiormente le nanoparticelle. Fondamentalmente, il sistema del complemento è un gruppo di poco più di 30 proteine ​​che circolano nel sangue e si attaccano alle particelle e agli agenti patogeni invasori. Negli umani, l'attivazione del sistema del complemento richiede che tre proteine ​​si uniscano su una particella -C3b, Bb e rightdin - che formano un complesso stabile chiamato C3-convertasi.

"L'intero sistema di attivazione del complemento inizia con l'assemblaggio di C3-convertasi, " Dice Simberg. "In questo documento, ci poniamo la domanda su come le proteine ​​del complemento riconoscano effettivamente la superficie delle nanoparticelle. Come si innesca tutta questa reazione?"

Primo, era chiaro che il rivestimento di destrano che avrebbe dovuto proteggere le nanoparticelle dall'attacco del complemento umano non stava facendo il suo lavoro. Simberg e colleghi hanno potuto vedere le proteine ​​del complemento invadere letteralmente la barriera dei peli di destrano.

"Le immagini al microscopio elettronico mostrano che le proteine ​​entrano nella particella per toccare il nucleo di ossido di ferro, "dice Simberg.

Infatti, fintanto che il rivestimento di nanoparticelle ha permesso alla nanoparticella di assorbire le proteine ​​dal sangue, la C3 convertasi è stata assemblata e attivata su queste proteine. La composizione del rivestimento era irrilevante:se qualche proteina del sangue fosse in grado di legarsi alle nanoparticelle, ha sempre portato all'attivazione del complemento. Inoltre, Simberg e colleghi hanno anche dimostrato che l'attivazione del sistema del complemento è un processo dinamico e continuo:le proteine ​​del sangue e la C3 convertasi si dissociano costantemente dalle nanoparticelle, e nuove proteine ​​e convertasi C3 si legano alle particelle, continuando la cascata di attivazione del sistema immunitario. Il gruppo ha anche dimostrato che questo assemblaggio dinamico delle proteine ​​del complemento si verifica non solo nelle provette ma anche negli organismi viventi poiché le particelle circolano nel sangue.

Simberg suggerisce che il lavoro indichi le sfide e tre possibili strategie per evitare l'attivazione del sistema del complemento da parte delle nanoparticelle:"In primo luogo, potremmo provare a cambiare il rivestimento di nanoparticelle in modo che non possa assorbire le proteine, che è un compito difficile; secondo, potremmo comprendere meglio la composizione delle proteine ​​assorbite dal sangue sulla superficie delle particelle che le permettono di legare le proteine ​​del complemento; e terzo, esistono inibitori naturali dell'attivazione del complemento - per esempio il Fattore H sanguigno - ma nel contesto delle nanoparticelle, non è abbastanza forte da fermare l'attivazione del complemento. Forse potremmo ottenere nanoparticelle per attirare più fattore H per ridurre questa attivazione".

A un certo punto, il concetto di nanomedicina sembrava semplice:ingegneri e chimici avrebbero creato una nanoparticella con affinità per il tessuto tumorale e quindi avrebbero attaccato una molecola di farmaco. Oppure inietterebbero nanoparticelle nei pazienti che migliorerebbero la risoluzione dell'imaging diagnostico. Quando le realtà associate all'uso delle nanoparticelle nel panorama del sistema immunitario umano si sono rivelate più impegnative, molti ricercatori si sono resi conto della necessità di fare un passo indietro rispetto a un possibile uso clinico per comprendere meglio i meccanismi che sfidano l'uso delle nanoparticelle.

"Questa base di base è assolutamente necessaria, "dice Seyed Moein Moghimi, dottorato di ricerca, nanotecnologo alla Durham University, UK, e il coautore del documento Simberg. "È essenziale che impariamo a controllare il processo di riconoscimento immunitario in modo da poter creare un ponte tra la promessa che le nanoparticelle dimostrano in laboratorio e il loro uso con pazienti reali nel mondo reale".