Il Dr. Jie Zheng crede di aver trasformato una barriera in un ponte quando si tratta di implementare la nanomedicina.

Il professore di chimica e il suo team di ricerca presso l'Università del Texas a Dallas hanno dimostrato che le nanomedicine possono essere progettate per interfacciarsi con un processo di disintossicazione naturale nel fegato per migliorare il targeting della malattia riducendo al minimo i potenziali effetti collaterali.

Il loro studio, pubblicato il 15 luglio in Nanotecnologia della natura , indica un percorso per rendere la nanomedicina più sicura ed efficiente.

"Le persone lavorano sulla nanomedicina da decenni. Ha un grande potenziale per far progredire il trattamento e il rilevamento del cancro, " ha detto Zheng, il Cecil H. e Ida Green Professor in Systems Biology Science nel Dipartimento di Chimica e Biochimica dell'UT Dallas. "Ma ci sono anche potenziali rischi".

La nanomedicina si riferisce in generale all'uso di nanoparticelle ingegnerizzate, definiti dalle loro dimensioni microscopiche, per vari scopi sanitari. Primari tra questi ruoli sono la somministrazione puntuale di farmaci e l'individuazione di varie malattie.

Il fegato, il più grande organo di disintossicazione del corpo, cattura e rimuove molte sostanze originarie sia all'interno che all'esterno del corpo.

"Il fegato ci protegge ogni giorno dai danni di materiali estranei, " Zheng ha detto. "Ma è anche una barriera di vecchia data alla realizzazione di nanomedicinali sicuri ed efficaci che i pazienti possono utilizzare".

Sebbene molti nanomedicinali colpiscano la malattia in modo efficiente negli studi preclinici, Zheng ha detto che pochi di loro raggiungono l'uso clinico. Questo è perché, nel fegato, i macrofagi, un tipo di globuli bianchi, li catturano e li immagazzinano nel corpo a lungo termine, riducendone l'efficacia e aumentandone la tossicità.

"La sfida è massimizzare il loro potenziale di trattamento riducendo al minimo gli effetti collaterali, " ha detto. "Solo quando risolvi entrambi i problemi puoi davvero portare questo alla clinica".

La scoperta chiave dei ricercatori, condotto in un modello murino, è che uno dei processi naturali di rimozione delle tossine dal fegato può essere utilizzato per migliorare la somministrazione di nanomedicinali e allo stesso tempo renderli sicuri. Questo processo, la biotrasformazione mediata dal glutatione, elimina i nanomedicinali fuori bersaglio in modo che non procedano a danneggiare il corpo.

"Usiamo questa biotrasformazione epatica come un modo per modificare le nanomedicine circolanti in modo da ridurre l'assorbimento dei macrofagi, " ha detto il dottor Xingya Jiang, l'autore principale dello studio. "Con questa biotrasformazione del fegato, i nanomedicinali che mancano l'obiettivo possono essere eliminati efficacemente senza accumulo a lungo termine nel corpo".

Questa biotrasformazione era precedentemente nota per eliminare molecole di grasso e piccole tossine, come i metalli pesanti. Ma la sua interazione con i nanomedicinali non era chiara prima di questo studio.

"Le cellule epatiche espellono costantemente glutatione nella sinusoide, che è il capillare nel fegato. Questa escrezione di glutatione, chiamato efflusso, può trasformare la chimica superficiale delle nanoparticelle in modo che il corpo possa eliminarle più facilmente, " ha detto Zheng.

"Accoppiato con altri processi fisiologici, questo efflusso può controllare con precisione il trasporto di nanomedicinali nel corpo, migliorando il loro targeting per il tumore e riducendo nel frattempo il loro accumulo non specifico nei tessuti sani, " Egli ha detto.

Insieme al dottor Bujie Du, Zheng e Jiang hanno progettato una nanosonda che utilizza un colorante organico per segnalare come la biotrasformazione altera la nanoparticella e per comprendere meglio sia il suo targeting che la sua clearance.

Una volta che la nanosonda è stata consegnata nel fegato, la fluorescenza del colorante è stata rapidamente attivata, indicando che il colorante era dissociato dalla nanoparticella nel fegato.

"Non era sicuro prima di cosa fosse successo quando la nanosonda è entrata nel fegato, " ha detto Jiang. "Abbiamo ipotizzato che ci fosse qualche interazione nel fegato che ha causato la dissociazione, ma non lo sapevamo davvero. Ora abbiamo visto come funziona".

Il team ha convalidato ciò che accade nel fegato utilizzando nanoparticelle di dimensioni precise e struttura ben definita; in questo caso, le particelle contenevano ciascuna 25 atomi d'oro e quattro molecole di colorante. Sapere esattamente come erano strutturate queste nanoparticelle quando sono entrate nel corpo ha permesso un'interpretazione accurata di come differivano quando sono uscite dal corpo.

"Mentre lo abbiamo monitorato, abbiamo visto che il targeting tumorale delle nanomedicine è aumentato significativamente rispetto ai controlli, mentre i nanomedicinali residui nei tessuti normali sono stati ridotti al minimo, " Zheng ha detto. "A causa di questo design atomicamente preciso, abbiamo anche potuto scoprire che anche l'aminoacido cisteina è coinvolto in questo processo di biotrasformazione, aiutando a modificare queste nanoparticelle in vivo."

Zheng ha sottolineato che questa ricerca dimostra un nuovo percorso per la progettazione di nanomedicina sfruttando le risposte naturali del corpo.

"La maggior parte delle persone pensa all'assorbimento del fegato come a una barriera alla somministrazione di nanomedicina, che il fegato li assorbirà e li manterrà nel corpo per lungo tempo. Questa è una nuova strategia, " ha detto. "Abbiamo trasformato il comportamento del fegato che una volta consideravamo uno svantaggio per la traduzione clinica dei nanomedicinali in un vantaggio.

"Più che fornire una nuova strategia, speriamo che questo ci ispiri ad essere pensatori creativi in ​​modo che molte barriere nella nostra ricerca possano diventare ponti verso scoperte scientifiche più grandi".