I ricercatori del MIT hanno escogitato un modo per rendere le cellule tumorali più suscettibili a determinati tipi di trattamento del cancro rivestendo le cellule con nanoparticelle prima di somministrare farmaci.

Legando centinaia di minuscole particelle alle superfici delle cellule tumorali in presenza di una forza meccanica, i ricercatori hanno reso le cellule molto più vulnerabili all'attacco di un farmaco che induce le cellule cancerose a suicidarsi. Sembra che le nanoparticelle legate aumentino le forze esercitate sulle cellule dal flusso di sangue, che rende le cellule più probabilità di morire.

"Quando si attaccano molte particelle alle membrane di queste cellule, e poi esporli a forze che imitano quelle del corpo umano, come il flusso sanguigno, queste terapie diventano più efficaci. È un modo per amplificare le forze sulle cellule usando materiali polimerici, "dice Michael Mitchell, un postdoc presso il Koch Institute for Integrative Cancer Research del MIT e l'autore principale dello studio.

Nei test sui topi, i ricercatori hanno scoperto che le nanoparticelle legate hanno reso il farmaco che induce il suicidio cellulare il 50% più efficace, e questa combinazione ha eliminato fino al 90% delle cellule tumorali nei topi.

Robert Langer, il David H. Koch Institute Professor al MIT, è l'autore senior del documento, che appare nel numero del 20 marzo di Comunicazioni sulla natura .

Migliorare la morte cellulare

Oltre a studiare i tratti genetici e biochimici anormali dei tumori, scienziati e ingegneri negli ultimi anni hanno esaminato come le caratteristiche fisiche dei tumori contribuiscono alla progressione della malattia. I tumori solidi sfruttano le forze fisiche, come la loro maggiore rigidità e il flusso sanguigno alterato, per migliorarne la sopravvivenza e la crescita. Le forze esercitate dal flusso di sangue e fluido nei tessuti molli influenzano anche il comportamento del cancro e di una varietà di cellule ospiti.

Nel nuovo studio, il team del MIT ha deciso di determinare se le forze fisiche come quelle esercitate dal flusso sanguigno potrebbero influenzare il modo in cui i tumori rispondono al trattamento farmacologico. Si sono concentrati su un farmaco sperimentale noto come TRAIL, che è una proteina espressa su diverse cellule del sistema immunitario. TRAIL è un membro di una famiglia di fattori di necrosi tumorale che si legano ai recettori della morte sulle membrane cellulari, inviando loro un segnale che stimola l'apoptosi, o morte cellulare programmata.

Gli esperimenti iniziali hanno rivelato che le cellule tumorali sono diventate più suscettibili a questo farmaco dopo essere state esposte alle forze di taglio dei fluidi fisiologici. "In queste condizioni di flusso, più cellule tumorali hanno cominciato a morire in presenza della terapia, "dice Mitchell.

Ciò ha portato i ricercatori a ipotizzare che potrebbero rendere le cellule ancora più suscettibili al trattamento aumentando le forze che agiscono su di esse. Un modo per farlo è attaccare minuscole particelle alle superfici cellulari. Agendo come palle su una corda, le particelle legate battono e tirano la superficie delle cellule tumorali mentre il sangue scorre, rendendo le cellule più suscettibili al segnale di morte cellulare del farmaco.

Le particelle, che può essere iniettato nel flusso sanguigno, sono realizzati con polimeri biodegradabili noti come PLGA. Queste particelle sono rivestite con un altro polimero, PEG, che è etichettato con un ligando o un anticorpo specifico per le proteine ​​presenti sulla superficie delle cellule tumorali, che consente loro di essere legati alla superficie.

Nei test sui topi, i ricercatori hanno scoperto che attaccare le particelle alle cellule tumorali e poi trattarle con TRAIL ha ucciso le cellule tumorali metastatiche nel flusso sanguigno e ha anche ridotto la progressione dei tumori solidi nei topi. I ricercatori hanno testato particelle che vanno da 100 nanometri a 1 micrometro e hanno scoperto che le più grandi erano più efficaci. Anche, poiché un numero maggiore di particelle era legato alla superficie, più cellule sono morte.

L'effetto del trattamento sembra essere specifico per le cellule tumorali e non induce l'apoptosi nelle cellule sane, dicono i ricercatori.

Interazioni forzate

I ricercatori ritengono che le particelle possano potenziare gli effetti di TRAIL comprimendo il velo di molecole che solitamente circonda le cellule tumorali, rendendo più facile per il farmaco interagire con i recettori sulla superficie cellulare che attivano il percorso di morte cellulare.

"Quando esponi le cellule a delle forze e poi queste particelle scendono sulla cellula, potrebbero appiattire tutte queste molecole sulla superficie. Quindi il recettore può entrare in contatto migliore con TRAIL per indurre la morte delle cellule tumorali, "dice Mitchell.

Il team del MIT sta ora esplorando la possibilità di utilizzare questo approccio in combinazione con altri farmaci che stimolano una risposta immunitaria, come i farmaci che inducono una "tempesta di citochine", un grande rilascio di sostanze chimiche di segnalazione che attrae molte cellule immunitarie nel sito per distruggere il tumore.

"Siamo molto interessati ad approcci combinati in cui è possibile colpire le cellule tumorali con molte terapie a base immunitaria e quindi sfruttare le forze fisiche a cui queste cellule sono esposte, come un nuovo modo per ucciderli, "dice Mitchell.