Un nanosistema biomimetico può fornire proteine ​​terapeutiche per colpire selettivamente i tumori cancerosi, secondo un team di ricercatori della Penn State.

Usando una tossina proteica chiamata gelonin da una pianta trovata nelle montagne dell'Himalaya, i ricercatori hanno ingabbiato le proteine ​​in nanoparticelle di struttura metallo-organica (MOF) autoassemblate per proteggerle dal sistema immunitario del corpo. Per aumentare la longevità del farmaco nel flusso sanguigno e mirare selettivamente al tumore, il team ha ricoperto il MOF con un rivestimento costituito da cellule del tumore stesso.

Il sangue è un ambiente ostile per la somministrazione di farmaci. Il sistema immunitario del corpo attacca le molecole estranee oppure le espelle dal corpo attraverso la milza o il fegato. Ma le cellule comprese le cellule tumorali, rilasciano piccole particelle chiamate vescicole extracellulari che comunicano con altre cellule del corpo e inviano un segnale "non mangiarmi" al sistema immunitario.

"Abbiamo progettato una strategia per sfruttare le vescicole extracellulari derivate dalle cellule tumorali, " disse Siyang Zheng, professore associato di ingegneria biomedica ed elettrica alla Penn State. "Rimuoviamo il 99% del contenuto di queste vescicole extracellulari e quindi usiamo la membrana per avvolgere le nostre nanoparticelle di struttura metallo-organica. Se riusciamo a ottenere le nostre vescicole extracellulari dal paziente, attraverso biopsia o chirurgia, quindi le nanoparticelle cercheranno il tumore attraverso un processo chiamato targeting omotipico".

Gong Cheng, autore principale di un nuovo documento che descrive il lavoro del team ed ex borsista post-dottorato nel gruppo di Zheng ora ad Harvard, disse, "MOF è una classe di materiali cristallini assemblati da nodi metallici e linker organici. Nel nostro design, l'autoassemblaggio delle nanoparticelle MOF e l'incapsulamento delle proteine ​​sono ottenuti simultaneamente attraverso un approccio one-pot in ambiente acquoso. I siti di affinità del metallo arricchito sulle superfici MOF agiscono come un gancio, quindi la membrana della vescicola extracellulare può essere facilmente piegata sulle nanoparticelle MOF. La nostra strategia biomimetica fa sembrare le nanoparticelle sintetiche come vescicole extracellulari, ma hanno il carico desiderato all'interno."

Il sistema di nanoparticelle circola nel flusso sanguigno finché non trova il tumore e si aggancia alla membrana cellulare. La cellula cancerosa ingerisce la nanoparticella in un processo chiamato endocitosi. Una volta dentro la cella, la maggiore acidità delle vescicole di trasporto intracellulare della cellula cancerosa fa sì che le nanoparticelle della struttura metallo-organica si rompano e rilascino la proteina tossica nel citosol e uccidano la cellula.

"La nostra struttura metallo-organica ha una capacità di carico molto elevata, quindi non abbiamo bisogno di usare molte particelle e questo mantiene bassa la tossicità generale, " ha detto Zheng.

I ricercatori hanno studiato l'efficacia del nanosistema e la sua tossicità in un piccolo modello animale e hanno riportato i loro risultati in un articolo di copertina nel Giornale della Società Chimica Americana .

I ricercatori ritengono che il loro nanosistema fornisca uno strumento per il rilascio mirato di altre proteine ​​che richiedono l'occultamento dal sistema immunitario. Penn State ha richiesto la protezione del brevetto per la tecnologia.