Fornire farmaci salvavita direttamente al cervello in modo sicuro ed efficace è una sfida per i fornitori di servizi medici. Una ragione chiave:la barriera ematoencefalica, che protegge il cervello dalla somministrazione di farmaci tessuto-specifici. Metodi come un'iniezione o una pillola non sono così precisi o immediati come potrebbero preferire i medici, e garantire la consegna direttamente al cervello richiede spesso invasivi, tecniche rischiose.

Un team di ingegneri della Washington University di St. Louis ha sviluppato un nuovo metodo di generazione di nanoparticelle che potrebbe un giorno migliorare notevolmente la somministrazione di farmaci al cervello, rendendolo semplice come annusare.

"Questo sarebbe uno spray nasale con nanoparticelle, e il sistema di somministrazione potrebbe consentire a una dose terapeutica di medicinale di raggiungere il cervello entro 30 minuti a un'ora, " disse Ramesh Raliya, ricercatore presso la School of Engineering &Applied Science.

"La barriera emato-encefalica protegge il cervello da sostanze estranee nel sangue che possono ferire il cervello, " ha detto Raliya. "Ma quando abbiamo bisogno di consegnare qualcosa lì, attraversare quella barriera è difficile e invasivo. La nostra tecnica non invasiva può somministrare farmaci tramite nanoparticelle, quindi ci sono meno rischi e tempi di risposta migliori."

Il nuovo approccio si basa sulla scienza dell'aerosol e sui principi ingegneristici che consentono la generazione di nanoparticelle monodisperse, che possono depositarsi sulle regioni superiori della cavità nasale per diffusione. Lavorando con l'assistente del vicecancelliere Pratim Biswas, presidente del Dipartimento dell'Energia, Ingegneria ambientale e chimica e Lucy &Stanley Lopata Professor, Raliya ha sviluppato un aerosol costituito da nanoparticelle d'oro di dimensioni controllate, forma e carica superficiale. Le nanoparticelle sono state etichettate con marcatori fluorescenti, consentendo ai ricercatori di monitorare il loro movimento.

Prossimo, Raliya e il borsista post-dottorato in ingegneria biomedica Debajit Saha hanno esposto le antenne delle locuste all'aerosol, e ho osservato che le nanoparticelle viaggiano dalle antenne verso l'alto attraverso i nervi olfattivi. A causa delle loro piccole dimensioni, le nanoparticelle sono passate attraverso la barriera emato-encefalica, raggiungendo il cervello e diffondendolo in pochi minuti.

Il team ha testato il concetto nelle locuste perché le barriere emato-encefaliche negli insetti e nell'uomo hanno somiglianze anatomiche, e i ricercatori considerano il passaggio attraverso le regioni nasali ai percorsi neurali come il modo ottimale per accedere al cervello.

"Il percorso più breve e forse più facile al cervello è attraverso il naso, " disse Barani Raman, professore associato di ingegneria biomedica. "Il tuo naso, il bulbo olfattivo e poi la corteccia olfattiva:due relè e sei arrivato alla corteccia. Lo stesso vale per i circuiti olfattivi degli invertebrati, sebbene quest'ultimo sia un sistema relativamente più semplice, con ganglio sopraesofageo invece di un bulbo olfattivo e corteccia."

Per determinare se le nanoparticelle estranee hanno interrotto o meno la normale funzione cerebrale, Saha ha esaminato la risposta fisiologica dei neuroni olfattivi nelle locuste prima e dopo il rilascio di nanoparticelle. Diverse ore dopo l'assorbimento delle nanoparticelle, non è stato rilevato alcun cambiamento evidente nelle risposte elettrofisiologiche.

"Questo è solo l'inizio di una serie interessante di studi che possono essere eseguiti per rendere gli approcci di somministrazione di farmaci basati su nanoparticelle più fondati, " ha detto Raman.

La prossima fase della ricerca prevede la fusione delle nanoparticelle d'oro con vari farmaci, e utilizzando gli ultrasuoni per indirizzare una dose più precisa a specifiche aree del cervello, che sarebbe particolarmente utile nei casi di tumore al cervello.

"Vogliamo indirizzare la somministrazione di farmaci all'interno del cervello utilizzando questo approccio non invasivo, " ha detto Raliya. "Nel caso di un tumore al cervello, speriamo di utilizzare gli ultrasuoni focalizzati in modo da poter guidare le particelle da raccogliere in quel particolare punto".