Con terapie farmacologiche e geniche mirate, trovare le cellule bersaglio è solo metà della battaglia. Una volta che questi agenti raggiungono la superficie di una cellula, devono ancora entrare e fare il loro lavoro.

I ricercatori dell'Università dell'Illinois affermano che ora sanno come tracciare e mappare i veicoli di consegna di farmaci e geni per valutare quali sono più efficaci nell'infiltrare le cellule e raggiungere i loro obiettivi, intuizioni che potrebbero guidare lo sviluppo di nuovi agenti farmaceutici. I ricercatori hanno descritto il loro sistema di tracciamento e le loro scoperte sui veicoli di consegna più efficaci nella rivista Comunicazioni sulla natura .

Le terapie geniche hanno mostrato risultati promettenti nelle colture cellulari e negli studi sugli animali, ma sono state meno efficaci negli studi clinici, ha affermato il leader dello studio Andrew Smith, un professore di bioingegneria presso l'Università di I. Questa classe di farmaci, chiamati biologici, sono diversi dai farmaci tradizionali in quanto devono essere attaccati a agenti di consegna specializzati, come nanoparticelle o proteine, per raggiungere gli obiettivi cellulari previsti.

La loro mancanza di efficacia deriva dalla loro difficoltà nel raggiungere obiettivi all'interno delle cellule, e gli ostacoli che li ostacolano sono poco conosciuti, ha detto Smith.

"Abbiamo questi modelli davvero fantastici che ci dicono come funzionano i farmaci classici, ma non esiste un modello che funzioni per questi nuovi prodotti biologici che devono avere un meccanismo aggiuntivo per essere consegnati alle cellule. Questa è stata una parte fondamentale mancante della medicina farmaceutica, " ha detto Smith. "Se non comprendiamo i meccanismi del problema, non possiamo risolverlo. Ora possiamo individuare il motivo per cui ciò accade e capire come superare i principali colli di bottiglia, cosa che non è mai stata possibile».

Il gruppo di Smith ha combinato due strumenti di imaging per tracciare e misurare il modo in cui diversi agenti di somministrazione sono entrati nelle cellule tumorali umane e di topo. I ricercatori hanno utilizzato l'imaging a singola molecola, che permette loro di osservare le singole molecole nel tempo, e punti quantici, che agiscono come piccoli fari all'interno delle cellule. Questo ha permesso ai ricercatori di vedere, contare e tenere traccia di tutti gli agenti di consegna che sono entrati nella cella.

Hanno scoperto che le molecole molto cariche sono abili nell'entrare all'interno delle cellule ma non riescono a raggiungere gli obiettivi previsti una volta all'interno.

"Il DNA è davvero carico, che è sfortunato, perché è una delle cose principali che le persone cercano di trasmettere alle cellule, " Smith ha detto. "Vediamo che si attacca a tutto e non arriva al suo obiettivo."

Però, molecole che sono completamente bilanciate in carica - una classe chiamata zwitterioni - si diffondono in tutta la cellula e possono accedere a tutti i suoi macchinari.

"Ci fornisce alcune regole di progettazione per modi migliori di fornire geni e proteine ​​alle cellule. Dovremmo evitare alcune caratteristiche e dare la priorità ad altre, in particolare le superfici ad alta stabilità e zwitterioniche, " ha detto Smith. "Chiunque lavori in questo settore ora può utilizzare questa tecnologia di tracciamento per analizzare nuovi tipi di agenti di consegna. Abbiamo esaminato solo una manciata di tipi di cellule nel nostro studio, concentrandosi sul cancro, ma questi strumenti possono valutare qualsiasi nuovo agente sviluppato per qualsiasi tipo di cellula. Hai solo bisogno di un microscopio ottico a fluorescenza di alta qualità, e tutti i principali istituti di ricerca li hanno."

Lo studio ha utilizzato agenti di somministrazione "vuoti" - quelli senza carico terapeutico attaccato - quindi il passo successivo è utilizzare il sistema per tracciare gli agenti che effettivamente erogano farmaci o geni e osservare i meccanismi lungo ogni fase del percorso di somministrazione del farmaco, ha detto Smith.

"Ci stiamo avvicinando alla risoluzione del problema della consegna delle cellule. Questo è stato qualcosa che ha limitato la medicina e la terapia genica per un secolo, " ha detto Smith, che è anche professore al Carle Illinois College of Medicine. "Penso che la capacità di tracciare e analizzare la consegna nelle cellule sarà un enorme impulso per l'industria farmaceutica mentre sviluppa questi tipi di terapie".