I ricercatori di Stanford hanno creato una simulazione al computer, convalidato da risultati sperimentali, per aiutare a progettare nanoparticelle per la somministrazione di farmaci che trasportano farmaci antitumorali direttamente ai tumori, riducendo al minimo i potenziali effetti collaterali sulle cellule sane.

Bryan Smith, direttore del laboratorio di nanomedicina traslazionale nel programma di radiologia e imaging molecolare a Stanford, ed Eric Shaqfeh, professore di ingegneria chimica e di ingegneria meccanica, descrivono il loro lavoro nel numero del 18 settembre di Giornale Biofisico .

Lo studio si basa su ricerche precedenti, che ha dimostrato che i farmaci incorporati nelle nanoparticelle sono generalmente in grado di eludere meglio le barriere biologiche rispetto alle molecole di farmaci in libertà. Eppure anche le nanoparticelle hanno finora mostrato un successo limitato nel raggiungere i loro obiettivi. L'ostacolo critico è stato ottenere il farmaco dal flusso sanguigno nel tumore. Così, nel loro studio, i ricercatori hanno cercato di identificare la forma ottimale per le nanoparticelle per agire come vettore molecolare per ottenere farmaci a piccole molecole dai vasi sanguigni e nei fluidi interstiziali che bagnano il tumore dove i farmaci possono entrare nelle cellule cancerose. Una volta dentro, le nanoparticelle si dissolvono, permettendo alle molecole del farmaco di uccidere le cellule tumorali.

La strategia di consegna delle nanoparticelle sfrutta una delle grandi debolezze del cancro:il modo casuale in cui i tumori crescono.

Combinando le intuizioni di Shaqfeh sulla dinamica dei fluidi con la conoscenza di Smith sul flusso di nanoparticelle e sulla biologia vascolare, attraverso simulazioni ed esperimenti i ricercatori hanno mostrato come le nanoparticelle di diverse forme scorrono attraverso i vasi sanguigni, rotolare attraverso questi pori nei vasi sanguigni del tumore e raggiungere le cellule maligne.

I ricercatori hanno affermato che poiché i tumori possono essere molto diversi, le forme e le dimensioni dei sistemi di rilascio delle nanoparticelle potrebbero dover essere adattate al tumore specifico. A differenza dei modelli precedenti, che ha semplificato eccessivamente le forme delle nanoparticelle, i ricercatori affermano che il loro modello dovrebbe aiutare i progettisti di farmaci a prevedere con precisione la forma e le dimensioni ottimali delle particelle per trattare in modo più efficace il tumore.

Il team di Stanford ha anche convalidato le proprie ipotesi teoriche con esperimenti del mondo reale. La combinazione di simulazioni con esperimenti li ha aiutati a rivelare che a lungo, magro, le cosiddette particelle unidimensionali in genere attraversano meglio i pori. I ricercatori hanno anche appreso che il processo di diffusione precedentemente trascurato, attraverso il quale le particelle si spostano da aree di maggiore a minore concentrazione, può svolgere un ruolo inaspettatamente importante nel determinare se le nanoparticelle scivolano attraverso i pori.

Nelle ricerche future, Smith e Shaqfeh sperano di esplorare come i polimeri che rendono le nanoparticelle più biocompatibili controllano le loro proprietà di consegna. Hanno anche in programma di ampliare i loro modelli per includere forze elettriche che potrebbero far sì che i pori attraggano o respingano le nanoparticelle.