Una nanostella d'oro al microscopio elettronico. La dimensione della nanostella fa sì che si accumuli all'interno dei tumori, dove i ricercatori usano la luce infrarossa per riscaldarla e distruggere le escrescenze cancerose. Credito:Tuan Vo-Dinh, Duke University
Combinando un'immunoterapia contro il cancro approvata dalla FDA con una nanotecnologia emergente per la torrefazione del tumore, I ricercatori della Duke University hanno migliorato l'efficacia di entrambe le terapie in uno studio proof-of-concept utilizzando topi.
La potente combinazione ha anche attaccato tumori satellite e cellule cancerose distanti, curando completamente due topi e vaccinandone efficacemente uno contro la malattia. I risultati sono apparsi online in Rapporti scientifici il 17 agosto.
"Il trattamento ideale per il cancro è non invasivo, sicuro e utilizza molteplici approcci, " disse Tuan Vo-Dinh, il professore di ingegneria biomedica R. Eugene e Susie E. Goodson, professore di chimica, e direttore del Fitzpatrick Institute for Photonics alla Duke University. "Miriamo anche ad attivare il sistema immunitario del paziente per sradicare i tumori metastatici residui. Se possiamo creare un'immunità antitumorale a lungo termine, allora avremmo davvero una cura".
Il nuovo approccio si basa su una tecnologia di "immunoterapia fototermica" sviluppata da un gruppo interdisciplinare di ricercatori Duke che utilizza laser e nanostelle d'oro per riscaldare e distruggere i tumori in combinazione con un farmaco immunoterapeutico.
Questa terapia fototermica si basa sul fatto ampiamente dimostrato che le nanoparticelle si accumulano preferenzialmente all'interno di un tumore a causa della sua permeabilità vascolare.
Mentre diversi ricercatori in tutto il mondo stanno perseguendo tali tecniche utilizzando nanoparticelle, Vo-Dinh ha aperto la strada allo sviluppo di un tipo unico di nanoparticelle chiamate nanostelle d'oro, che hanno il vantaggio della geometria. Poiché le nanostelle d'oro hanno più punte acuminate, sono in grado di catturare l'energia del laser in modo più efficiente. Ciò consente loro di lavorare con meno esposizione, rendendoli più efficaci più in profondità all'interno di un tessuto.
"Le punte delle nanostelle funzionano come parafulmini, concentrando l'energia elettromagnetica alle loro punte, " ha detto Vo-Dinh. "Abbiamo già sperimentato queste nanostelle d'oro per curare i tumori, ma volevamo sapere se potevamo trattare anche tumori di cui non sapevamo nemmeno l'esistenza o tumori che si sono diffusi in tutto il corpo".
Per attaccare cellule cancerose distanti al di fuori del sito di trattamento, Vo-Dinh ha collaborato con i colleghi Brant Inman e Greg Palmer nei dipartimenti di chirurgia e oncologia delle radiazioni presso il Duke University Medical Center, e Paolo Maccarini della Duke Biomedical Engineering. Hanno combinato questa terapia con nanostar d'oro con un'immunoterapia del cancro recentemente autorizzata dalla FDA e in uso clinico.
Le nanostelle d'oro (macchie bianche) si accumulano preferenzialmente all'interno di un tumore (a sinistra) e sono sparse nel tessuto normale (a destra). Credito:Tuan Vo-Dinh, Duke University
Normalmente, il sistema immunitario del corpo protegge dalla crescita delle cellule cancerose. Molti tumori, però, sovrapproduzione di una molecola chiamata PD-L1, che disabilita efficacemente le cellule T, i principali soldati del sistema immunitario.
Diversi farmaci sono in fase di sviluppo per tentare di bloccare l'azione di PD-L1, permettendo al sistema immunitario di distruggere le cellule cancerose. Inman è stato attivo nello sviluppo iniziale e nell'attuale uso clinico di questi farmaci, utilizzati in questo studio, per trattare il cancro alla vescica.
Nell'esperimento, i ricercatori della Duke hanno iniettato cellule tumorali della vescica in entrambe le zampe posteriori di un gruppo di topi. Dopo aver aspettato che i tumori crescessero, i ricercatori hanno iniziato a provare diversi tipi di trattamenti, ma solo su una delle gambe.
Coloro che non hanno ricevuto alcun trattamento hanno subito tutti ceduto al cancro, come hanno fatto coloro che hanno ricevuto solo la fototerapia con nanostar d'oro, perché il trattamento non ha avuto alcun effetto sul tumore nella gamba non trattata. Mentre alcuni topi hanno risposto bene alla sola immunoterapia, con il farmaco che blocca entrambi i tumori, nessuno è sopravvissuto più di 49 giorni.
Il gruppo trattato sia con l'immunoterapia che con la fototerapia con nanostar d'oro è andato molto meglio, con due dei cinque topi che sopravvivono più di 55 giorni.
"Quando un tumore muore, rilascia particelle che attivano il sistema immunitario per attaccare i resti, " disse Vo-Dinh. " Distruggendo il tumore primario, abbiamo attivato il sistema immunitario contro le cellule cancerose rimanenti, e l'immunoterapia ha impedito loro di nascondersi".
Il trattamento combinato ha funzionato così bene che, con un po' di sorpresa, un topo è ancora vivo per quasi un anno senza recidive del cancro. Anche un mese dopo, quando i ricercatori hanno iniettato più cellule cancerose, il sistema immunitario del topo li attaccò e li distrusse senza problemi indicando un effetto del vaccino nel topo guarito.
"Questo è il nostro obiettivo, il nostro sogno, " disse Vo-Dinh.
Mentre i ricercatori hanno condotto questo esperimento di prova del concetto con un piccolo numero di topi, i risultati sono incoraggianti. I ricercatori della Duke ora hanno in programma di seguire coorti più grandi e di lavorare con altri ricercatori clinici per testare il trattamento su modelli murini di cervello, cancro al seno e ai polmoni.
