Panoramica della piattaforma nanogel P(AAm-co-MAA) e dell'uso dei suoi derivati per applicazioni di medicina di precisione. Reti su scala nanometrica di acrilammide (AAm) e acido metacrilico (MAA), reticolato con metilenbisacrilammide (BIS) o il suo analogo disolfuro degradabile [N, N′-bis(acriloil)cistamina], sono stati sintetizzati mediante polimerizzazione in emulsione inversa e modificati tramite la chimica della carbodiimmide con tiramina (Tyr), N, N-dimetiletilendiammina (DMED), proteine, o peptidi. In un ulteriore passaggio post-sintesi, nanoparticelle d'oro (AuNP) sono state precipitate all'interno di nanogel modificati con DMED (DMOD). Qui, documentiamo la sintesi e la modifica di questa piattaforma di nanogel e dimostriamo l'impatto della modifica dei nanogel sulla loro capacità di rispondere all'ambiente del pH, caricare e rilasciare un farmaco cationico modello, cellule bersaglio, agire come un enzima funzionale, e trasducono la luce verde per la terapia fototermica. A causa della sua accordabilità e della varietà di modalità terapeutiche abilitate, riteniamo che questa piattaforma sia adatta per applicazioni di medicina di precisione. DIGITALE TERRESTRE, ditiotreitolo; TMB, 3, 3′, 5, 5′-tetrametilbenzidina. Credito: Progressi scientifici (2019). DOI:10.1126/sciadv.aax7946
I ricercatori dell'Università del Texas ad Austin hanno sviluppato nuove linee guida per la fabbricazione di materiali in gel su scala nanometrica, o nanogel, che può fornire numerosi trattamenti terapeutici per curare il cancro in modo preciso. Oltre a consentire la somministrazione di farmaci in risposta ai tumori, i loro nanogel possono colpire le cellule maligne (o biomarcatori), degradarsi in componenti non tossici ed eseguire molteplici funzioni cliniche.
La caratteristica più importante dei nanogel dei ricercatori di ingegneria è la loro capacità di essere modificati chimicamente o "decorati" con molte molecole bioattive. Queste modifiche conferiscono ai nanogel decorati proprietà fisiche e chimiche più diverse rispetto a qualsiasi altra tecnica esistente, nonostante la loro origine identica. Tali sistemi, che hanno il potenziale di essere adattati a malattie specifiche o anche a singoli pazienti, potrebbe essere uno strumento utile per gli oncologi in futuro.
In uno studio pubblicato nell'ultimo numero di Progressi scientifici , i ricercatori del Dipartimento di Ingegneria Biomedica e del Dipartimento di Ingegneria Chimica McKetta della Cockrell School of Engineering delineano lo sviluppo di questi nanogel multiuso per il trattamento del cancro. Dopo una serie di modifiche chimiche, i nanogel sono in grado di svolgere contemporaneamente o in sequenza:caricamento e rilascio di farmaci, rispondendo ad ambienti di pH unici, identificazione di biomarcatori, convertire la luce in riscaldamento terapeutico e presentare caratteristiche di degradazione.
Il gruppo di ricerca, guidato dal pioniere della somministrazione di farmaci Nicholas Peppas, professore nei dipartimenti di ingegneria biomedica e ingegneria chimica, l'UT College of Pharmacy e la Dell Medical School, ha condotto lo studio per quattro anni presso l'Istituto per i biomateriali di UT, Consegna di farmaci e medicina rigenerativa, che Peppa dirige.
Hanno sintetizzato e purificato nanogel contenenti acidi carbossilici, gruppi funzionali chimici comuni nelle molecole biologiche naturali. Questi gruppi funzionali hanno permesso ai ricercatori di modificare, o accoppiato chimicamente, i nanogel a molecole bioattive, come piccole molecole, peptidi e proteine. Era necessaria una combinazione di modifiche per adattare i nanogel alla somministrazione di farmaci mirata e rispettosa dell'ambiente.
"Un modo di pensare al nostro nanogel è come una tela bianca, "ha detto John Clegg, chi era un dottorato di ricerca candidato alla Cockrell School quando ha lavorato allo studio ed è attualmente borsista post-dottorato presso l'Università di Harvard. "Intatto, una tela bianca non è altro che legno e tessuto. Allo stesso modo, il nanogel è una struttura semplice (fatta di agenti leganti polimeri e acqua). Quando viene modificato, o decorato, con diversi gruppi bioattivi, mantiene l'attività di ogni gruppo aggiunto. Così, il sistema può essere abbastanza semplice o piuttosto sofisticato."
L'approccio modulare del team, che combina molte parti utili in un unico, insieme più grande, è spesso applicato ad altri sistemi di ingegneria, inclusi ma non limitati alla robotica e alla produzione. I ricercatori del Texas Engineering hanno applicato una logica simile, tranne che su scala nanometrica, per sviluppare i loro nanogel.
I ricercatori indicano che il loro lavoro potrebbe anche servire da modello per approcci di "medicina di precisione". Nella medicina di precisione, un paziente viene trattato con dosi calibrate di terapie mirate, prescritto in quantità che corrispondono alle caratteristiche note di un paziente e alla malattia che vengono identificate nei test diagnostici.
"Se i vettori di nanoparticelle come i nostri nanogel devono essere utili per applicazioni di medicina di precisione, dovranno essere sufficientemente adattabili per soddisfare le esigenze di ciascun paziente, " Clegg ha detto. "Crediamo che il nostro approccio, dove un nanogel di base è adattato alle caratteristiche uniche di un singolo paziente e facilita molteplici modalità terapeutiche, è vantaggioso rispetto allo sviluppo di molte piattaforme separate, ciascuno dei quali fornisce una singola terapia."
I ricercatori ritengono che il loro studio possa fungere da guida pratica e prova di concetto per gli scienziati che stanno sviluppando materiali su scala nanometrica per applicazioni di medicina di precisione.
