In uno studio "prova di concetto", gli scienziati della Johns Hopkins Medicine affermano di aver consegnato con successo pacchetti di dimensioni nanometriche di codice genetico chiamati microRNA per trattare i tumori cerebrali umani impiantati nei topi. Il contenuto dei contenitori super piccoli è stato progettato per colpire le cellule staminali del cancro, una sorta di "seme" cellulare che produce innumerevoli progenie ed è una barriera implacabile per liberare il cervello dalle cellule maligne.

I risultati dei loro esperimenti sono stati pubblicati online il 21 giugno in Nano lettere .

"Il cancro al cervello è uno dei tumori più conosciuti in termini di composizione genetica, ma dobbiamo ancora sviluppare un buon trattamento per questo, "dice Giovanni Laterra, M.D., dottorato di ricerca, professore di neurologia, oncologia e neuroscienze presso la Johns Hopkins University School of Medicine e ricercatore presso il Kennedy Krieger Institute. "La resilienza delle cellule staminali del cancro e la barriera emato-encefalica sono i principali ostacoli".

Il sangue che entra nel cervello viene filtrato attraverso una serie di vasi che fungono da barriera protettiva. Ma questa barriera emato-encefalica blocca i farmaci molecolari che hanno il potenziale per rivoluzionare la terapia del cancro al cervello prendendo di mira le cellule staminali del cancro, dice Laterra.

"Per modernizzare i trattamenti per il tumore al cervello, abbiamo bisogno di strumenti e metodi che aggirino la barriera emato-encefalica, "dice Jordan Green, dottorato di ricerca, professore di ingegneria biomedica, oftalmologia, oncologia, neurochirurgia, scienza e ingegneria dei materiali e ingegneria chimica e biomolecolare presso la Johns Hopkins University School of Medicine. "Abbiamo bisogno della tecnologia per fornire in modo sicuro ed efficace farmaci genetici sensibili direttamente ai tumori senza danneggiare i tessuti normali".

Il caso in questione, Verde dice, è il glioblastoma, la forma di cancro al cervello che il senatore dell'Arizona John McCain sta combattendo, che spesso richiede interventi chirurgici ripetuti. I medici rimuovono il tessuto del tumore al cervello che possono vedere, ma la malignità spesso ritorna presto, dice Laterra. La maggior parte dei pazienti con glioblastoma vive meno di due anni dopo la diagnosi.

Gli scienziati sospettano da tempo che le cellule staminali del cancro siano alla base di ciò che guida il ritorno e la diffusione del glioblastoma e di altri tumori. Queste cellule staminali danno origine ad altre cellule cancerose e, se sfuggono al bisturi del chirurgo, può portare a un tumore completamente nuovo.

Laterra e Verde, che sono membri del Johns Hopkins Kimmel Cancer Center, progettato un modo per fornire in modo efficiente pacchetti super-minuscoli di microRNA nei tumori cerebrali stabiliti. I microRNA prendono di mira le cellule staminali del cancro al cervello per arrestare la loro capacità di propagarsi e sostenere la crescita del tumore.

I pacchetti sono realizzati in plastica biodegradabile simile al materiale utilizzato per le suture chirurgiche e che si degrada nel tempo. sono 1, 000 volte più piccolo della larghezza di un capello umano e tipico delle dimensioni e della forma dei componenti naturali che le cellule usano per comunicare. Quando le cellule tumorali inghiottono i pacchetti, si rompono e rilasciano il loro "carico utile" di microRNA in particolare dove i microRNA devono agire all'interno delle cellule tumorali.

Racchiusi nel nanopacket ci sono microRNA che si legano specificamente agli RNA messaggeri legati a due geni:HMGA1 e DNMT, che funzionano insieme per regolare i programmi di espressione genica nelle cellule.

Quando i microRNA si legano a questi RNA messaggeri, bloccano le loro capacità di produzione di proteine ​​e disattivano i programmi che guidano le caratteristiche staminali delle cellule tumorali. Senza le loro proprietà simili a stelo, le cellule tumorali sono più differenziate, perdono la loro capacità di propagare i tumori, e possono essere più suscettibili alle radiazioni e ai farmaci.

Per i loro esperimenti, gli scienziati della Johns Hopkins hanno impiantato cellule di glioblastoma umano in 18 topi. Per imitare la sfida clinica del trattamento di un tumore esistente, gli scienziati hanno aspettato 45 giorni prima di trattare gli animali per essere sicuri che avessero tumori ben formati. La metà degli animali ha ricevuto infusioni dei nanopacchetti contenenti microRNA attivi direttamente nei loro tumori cerebrali, e l'altra metà ha ricevuto nanopacchetti contenenti microRNA inattivi. Per isolare l'effetto delle nanoparticelle, gli scienziati hanno utilizzato topi allevati senza cellule T del sistema immunitario che prendono di mira le cellule tumorali.

Five of the nine mice receiving inactive microRNAs (controls) died within two months, and the rest of the control mice died within 90 days. Three of the nine mice receiving active microRNAs lasted up to 80 days, and six lived to 133 days. Those six were humanely euthanized, and isolated mouse brains were examined for the presence of tumors.

All of the control mice had large tumors in their brains when they died. Four of the mice that received active microRNAs and lived to 133 days had no tumors, and two had small ones.

Green says that many genetic medicines are designed to target one gene. The type of nanoparticles the Johns Hopkins team used in this study can encapsulate multiple types of microRNAs to target multiple gene networks.

When the brain cancer stem cells internalize the nanoparticle and transition to a non-stem-cell state, Laterra says, clinicians could exploit that condition, and give radiation or other drugs to kill the now-vulnerable cells.

Green says scientific teams elsewhere are developing microRNA packets using lipid-based materials, and some standard chemotherapy is delivered in a fatty nanoparticle called a liposome.

Green and Laterra say the nanoparticles in their study are able to permeate the entire tumor because rodent brains are small. Humans, with bigger brains, may need a pump and catheter to funnel nanoparticles throughout the brain.

The Johns Hopkins team is working to scale up development of its nanoparticles and standardize their stability and quality before applying for permission to begin clinical trials on people.