La melanina, pigmento scuro della pelle, protegge dai raggi dannosi del sole assorbendo l'energia luminosa e convertendola in calore. Questo potrebbe renderlo uno strumento molto efficace nella diagnosi e nel trattamento dei tumori, come dimostrato da un team dell'Università tecnica di Monaco (TUM) e Helmholtz Zentrum München. Gli scienziati hanno creato nanoparticelle derivate dalla membrana cellulare caricate di melanina, che ha migliorato l'imaging del tumore in un modello animale, rallentando anche la crescita del tumore.

Le nanoparticelle sono considerate un'arma promettente nella lotta contro i tumori per il fatto che il tessuto tumorale le assorbe più facilmente delle cellule sane perché il loro sistema vascolare è più permeabile. Un buon esempio è fornito dalle vescicole di membrana esterna (OMV), che sono fondamentalmente piccole bolle circondate da membrana batterica. Queste particelle da 20 a 200 nanometri sono interessanti perché sono biocompatibili, biodegradabile e può essere facilmente ed economicamente prodotto nei batteri, anche in grandi volumi. Una volta caricato con agenti attivi medicinali, sono facili da amministrare.

Nanoparticelle che trasportano un carico nero

L'enorme potenziale degli OMV nella diagnosi e nel trattamento dei tumori è stato dimostrato dal Prof. Vasilis Ntziachristos, Professore di Imaging Biologico presso TUM, e la sua squadra. Il loro lavoro si basa sulle proprietà caratteristiche degli OMV e della melanina.

Dott. Vipul Gujrati, primo autore dello studio, spiega il principio:"La melanina assorbe la luce molto facilmente, anche nello spettro infrarosso. Usiamo questa luce nella nostra tecnica di imaging optoacustico per la diagnosi dei tumori. Converte simultaneamente questa energia assorbita in calore, che poi viene emesso. Il calore è anche un modo per combattere i tumori:altri ricercatori stanno attualmente esplorando questo metodo negli studi clinici".

optoacustica, un metodo che è stato significativamente avanzato da Ntziachristos, combina i vantaggi dell'imaging ottico e della tecnologia a ultrasuoni. Deboli impulsi laser riscaldano delicatamente il tessuto, facendolo espandere brevemente molto leggermente. I segnali a ultrasuoni vengono prodotti quando il tessuto si contrae nuovamente mentre si raffredda. I segnali misurati variano a seconda del tipo di tessuto. Gli scienziati li registrano con speciali rilevatori e li "traducono" in immagini tridimensionali. Le molecole o le sonde sensore (come gli OMV) possono migliorare ulteriormente la specificità e l'accuratezza della tecnica.

L'accumulo di calore riduce la crescita del tumore

Gli scienziati hanno dovuto inizialmente superare un problema specifico della melanina:non è molto solubile in acqua e quindi difficile da somministrare. È qui che sono entrati in gioco gli OMV. I ricercatori hanno ingegnerizzato i batteri in modo tale da produrre melanina e immagazzinarla nelle loro nanoparticelle derivate dalla membrana. Hanno quindi testato le nanoparticelle nere nei topi che avevano tumori nella regione lombare. Le particelle sono state iniettate direttamente nel tumore, che è stato eccitato con impulsi laser a infrarossi come parte della procedura optoacustica.

Gli OMV si sono rivelati sonde sensore adatte per questa tecnica di diagnosi perché hanno fornito nitide, immagini ad alto contrasto del tumore. Sono anche adatti agli approcci di terapia fototermica, dove il tessuto tumorale viene riscaldato con impulsi laser più forti per uccidere le cellule tumorali. La melanina nelle nanoparticelle ha fatto aumentare la temperatura del tessuto tumorale da 37 °C a 56 °C. I tumori di controllo senza melanina hanno raggiunto solo una temperatura massima di 39 °C. Nei dieci giorni successivi al trattamento, i tumori sono cresciuti a un ritmo significativamente più lento rispetto a quelli del gruppo di controllo che non aveva ricevuto melanina OMV. Questo effetto termico è stato amplificato da un altro effetto positivo delle particelle:provocando una leggera infiammazione aspecifica nel tessuto tumorale, il sistema immunitario è stato attivato per attaccare il tumore.

"Le nostre nanoparticelle di melanina si inseriscono nel nuovo campo medico della teranostica, dove la terapia e la diagnostica sono combinate. Questo le rende un'opzione molto interessante per l'uso nella pratica clinica, " afferma Ntziachristos. Gli scienziati ora svilupperanno ulteriormente i loro OMV per portarli in uso clinico in futuro.