La maggior parte dei prodotti farmaceutici deve essere ingerita o iniettata nel corpo per svolgere il proprio lavoro. In entrambi i casi, ci vuole un po' di tempo prima che raggiungano gli obiettivi prefissati, e tendono anche a diffondersi in altre aree del corpo. Ora, i ricercatori del MIT e altrove hanno sviluppato un sistema per fornire cure mediche che possono essere rilasciate in momenti precisi, minimamente invasivo, e che alla fine potrebbe anche fornire quei farmaci ad aree specificamente mirate come un gruppo specifico di neuroni nel cervello.

Il nuovo approccio si basa sull'uso di minuscole particelle magnetiche racchiuse all'interno di una minuscola bolla cava di lipidi (molecole grasse) riempita d'acqua, noto come liposoma. Il farmaco di scelta è incapsulato all'interno di queste bolle, e può essere rilasciato applicando un campo magnetico per riscaldare le particelle, permettendo al farmaco di fuoriuscire dal liposoma e nel tessuto circostante.

I risultati sono riportati oggi sulla rivista Nanotecnologia della natura in un articolo del postdoc del MIT Siyuan Rao, Professore Associato Polina Anikeeva, e altri 14 al MIT, Università di Stanford, Università di Harvard, e il Politecnico federale di Zurigo.

"Volevamo un sistema in grado di fornire un farmaco con precisione temporale, e potrebbe eventualmente scegliere come target una posizione particolare, " spiega Anikeeva. "E se non vogliamo che sia invasivo, dobbiamo trovare un modo non invasivo per innescare il rilascio".

Campi magnetici, che può facilmente penetrare attraverso il corpo, come dimostrato da immagini interne dettagliate prodotte dalla risonanza magnetica, o risonanza magnetica:erano una scelta naturale. La parte difficile è stata trovare materiali che potessero essere innescati per riscaldarsi utilizzando un campo magnetico molto debole (circa un centesimo della forza di quello utilizzato per la risonanza magnetica), al fine di prevenire danni al farmaco o ai tessuti circostanti, dice Rao.

Rao ha avuto l'idea di prendere nanoparticelle magnetiche, che si era già dimostrato capace di essere riscaldato ponendole in un campo magnetico, e impacchettarli in queste sfere chiamate liposomi. Sono come piccole bolle di lipidi, che formano naturalmente un doppio strato sferico che circonda una goccia d'acqua.

Quando posto all'interno di un campo magnetico ad alta frequenza ma a bassa intensità, le nanoparticelle si riscaldano, riscaldando i lipidi e facendoli passare da solido a liquido, il che rende lo strato più poroso, quanto basta per consentire ad alcune molecole di farmaco di fuoriuscire nelle aree circostanti. Quando il campo magnetico è spento, i lipidi si ri-solidificano, prevenire ulteriori rilasci. Col tempo, questo processo può essere ripetuto, rilasciando così dosi del farmaco racchiuso ad intervalli precisamente controllati.

I trasportatori di farmaci sono stati progettati per essere stabili all'interno del corpo alla normale temperatura corporea di 37 gradi Celsius, ma in grado di rilasciare il loro carico di droga a una temperatura di 42 gradi. "Quindi abbiamo un interruttore magnetico per la consegna dei farmaci, " e quella quantità di calore è abbastanza piccola "in modo da non causare danni termici ai tessuti, "dice Anikeeva, che ricopre incarichi nei dipartimenti di Scienza e Ingegneria dei Materiali e Scienze del Cervello e Cognitive.

In linea di principio, questa tecnica potrebbe essere utilizzata anche per guidare le particelle verso specifici, individuare posizioni nel corpo, usando gradienti di campi magnetici per spingerli avanti, ma quell'aspetto del lavoro è un progetto in corso. Per adesso, i ricercatori hanno iniettato le particelle direttamente nelle posizioni target, e utilizzando i campi magnetici per controllare i tempi di rilascio dei farmaci. "La tecnologia ci permetterà di affrontare l'aspetto spaziale, "Anikeeva dice, ma questo non è ancora stato dimostrato.

Ciò potrebbe consentire trattamenti molto precisi per un'ampia varietà di condizioni, lei dice. "Molti disturbi cerebrali sono caratterizzati da un'attività errata di alcune cellule. Quando i neuroni sono troppo attivi o non abbastanza attivi, che si manifesta come un disturbo, come il Parkinson, o depressione, o epilessia." Se un'équipe medica volesse somministrare un farmaco a una zona specifica di neuroni e in un momento particolare, come quando viene rilevato un inizio di sintomi, senza sottoporre il resto del cervello a quel farmaco, questo sistema "potrebbe darci un modo molto preciso per trattare quelle condizioni, " lei dice.

Rao afferma che realizzare questi liposomi attivati ​​da nanoparticelle è in realtà un processo abbastanza semplice. "Possiamo preparare i liposomi con le particelle in pochi minuti in laboratorio, " lei dice, e il processo dovrebbe essere "molto facile da scalare" per la produzione. E il sistema è ampiamente applicabile alla somministrazione di farmaci:"possiamo incapsulare qualsiasi farmaco idrosolubile, " e con alcuni adattamenti, anche altri farmaci, lei dice.

Una chiave per lo sviluppo di questo sistema è stata perfezionare e calibrare un modo per creare liposomi di dimensioni e composizione altamente uniformi. Ciò comporta la miscelazione di una base acquosa con le molecole lipidiche di acidi grassi e le nanoparticelle magnetiche e l'omogeneizzazione in condizioni precisamente controllate. Anikeeva lo paragona a scuotere una bottiglia di condimento per insalata per mescolare l'olio e l'aceto, ma controllando i tempi, direzione e forza dell'agitazione per garantire una precisa miscelazione.

Anikeeva afferma che mentre il suo team si è concentrato sui disturbi neurologici, perché è la loro specialità, il sistema di somministrazione dei farmaci è in realtà abbastanza generale e potrebbe essere applicato a quasi tutte le parti del corpo, ad esempio per consegnare farmaci antitumorali, o anche per somministrare antidolorifici direttamente a un'area interessata invece di somministrarli per via sistemica e interessare l'intero corpo. "Questo potrebbe portarlo dove è necessario, e non consegnarlo continuamente, "ma solo se necessario.

Poiché le stesse particelle magnetiche sono simili a quelle già ampiamente utilizzate come mezzi di contrasto per le scansioni MRI, il processo di approvazione normativa per il loro utilizzo può essere semplificato, poiché la loro compatibilità biologica è stata ampiamente dimostrata.