Il cancro uccide più di mezzo milione di uomini, donne, e bambini ogni anno negli Stati Uniti, e la chemioterapia è solo leggermente più discriminante della malattia che tratta. Di conseguenza, molti trattamenti contro il cancro uccidono le cellule in tutto il corpo e causano gravi effetti collaterali. Una nuova ricerca sull'IRP potrebbe risolvere questo problema creando un modo per rilasciare quei composti tossici solo quando e dove i medici lo desiderano.

Le recenti rivoluzioni nella scienza dei materiali consentono ai ricercatori di manipolare i materiali a livello di singole molecole e atomi.

Gli scienziati approfittano di queste scoperte per creare metodi per controllare la posizione, tempismo, e dosaggio della somministrazione del farmaco nel corpo.

Tali tecniche sarebbero un vantaggio particolare per i malati di cancro perché i farmaci chemioterapici sono tossici sia per le cellule tumorali che per alcune cellule sane. Di conseguenza, quando quei farmaci vengono somministrati con mezzi tradizionali e lasciati circolare in tutto il corpo, producono gravi effetti collaterali. Se i farmaci potessero essere in qualche modo contenuti fino a raggiungere un tumore, il trattamento sarebbe sia più efficace che meno dannoso per il resto del corpo.

"Nell'ultimo decennio, notevoli sforzi di ricerca si sono concentrati sulla progettazione di nanomateriali le cui proprietà e, perciò, comportamento sono regolati in modo programmabile, " dice l'investigatore senior dell'IRP Xiaoyuan 'Shawn' Chen, dottorato di ricerca, l'autore senior del nuovo studio. "La sfida è progettare e sintetizzare un sistema di somministrazione di farmaci che sia sensibile sia agli stimoli interni specifici del tumore come il pH che agli stimoli esterni come il calore o un campo magnetico".

Nel loro nuovo studio, Il dottor Chen e il suo team hanno fatto proprio questo. Il loro sistema di somministrazione di farmaci all'avanguardia si basa su due "porte logiche" separate, ' ciascuno dei quali funge da interruttore di sicurezza per impedire il rilascio di un farmaco a meno che non sia soddisfatta una particolare condizione. Metodi simili sono stati progettati in passato che utilizzano una porta logica, ma il dottor Chen è il primo ad usarne due.

"Due porte logiche possono ottenere una somministrazione e un rilascio di farmaci più accurati e controllabili, " spiega. "Il rilascio del farmaco può essere effettuato solo a condizione che più stimoli interni ed esterni siano soddisfatti contemporaneamente, in modo da ridurre la tossicità del farmaco e ottenere un rilascio mirato".

L'approccio terapeutico del Dr. Chen utilizza appositamente progettati, pacchetti microscopici chiamati nanovescicole riempite con un farmaco chemioterapico modificato, che è composto da due molecole del farmaco antitumorale doxorubicina collegate a una molecola di colorante che si riscalda quando assorbe la luce del vicino infrarosso. Proprio come molte chemioterapie tradizionali, le nanovescicole vengono iniettate in una vena e viaggiano in tutto il corpo, compreso il tumore. La prima porta logica viene sbloccata quando un medico punta un laser di luce nel vicino infrarosso nel tumore. Quando il laser colpisce le nanovescicole che si trovano tra le cellule cancerose, riscalda il colorante attaccato alla doxorubicina. L'elevata temperatura provoca quindi la decomposizione di un'altra sostanza chimica all'interno delle nanovescicole e il rilascio di sostanze instabili, atomi altamente reattivi chiamati radicali liberi. I radicali liberi reagiscono con il guscio della nanovescicola, che è fatto di un materiale che si degrada quando incontra i radicali liberi.

Una volta che la vescicola si è disintegrata, il farmaco chemioterapico modificato si riversa nel tumore. A questo punto, la seconda porta logica è attivata dall'ambiente acido nel tumore, che rompe lo speciale legame chimico che collega il farmaco doxorubicina alla molecola colorante che genera calore. Una volta scatenato, il farmaco è in grado di devastare il tumore.

Numerosi esperimenti hanno dimostrato che il sistema di somministrazione dei farmaci funzionava proprio come lo aveva progettato il team del Dr. Chen, impedendo il rilascio della chemioterapia tranne quando le nanovescicole sono state esposte a condizioni più calde e più acide di quelle che si trovano tipicamente nel corpo umano. Inoltre, il metodo di somministrazione del farmaco ha notevolmente ridotto le dimensioni dei tumori nei topi e ha prolungato la vita degli animali causando danni minimi al resto del corpo.

Il team del Dr. Chen deve ora condurre ulteriori test con diversi tipi di tumori. Il gruppo prevede inoltre di ampliare il proprio metodo per creare le nanovescicole appositamente progettate, oltre a esplorare altri modi oltre a un laser per innescare il rilascio del farmaco, poiché i laser possono avere difficoltà a raggiungere i tumori in alcune parti del corpo.

"Si tratta di un promettente sistema di somministrazione e rilascio di farmaci, " Dice il dottor Chen. "Può controllare il rilascio del farmaco in modo più accurato e migliorare l'effetto terapeutico riducendo gli effetti tossici e collaterali dei farmaci chemioterapici".