Gli ingegneri del MIT hanno dimostrato di poter migliorare le prestazioni delle nanoparticelle di somministrazione di farmaci controllando un tratto delle strutture chimiche noto come chiralità:la "mano" della struttura.

Molte molecole biologiche possono presentarsi in forme destrorse o mancine, che sono identici nella composizione ma sono immagini speculari l'uno dell'altro.

Il team del MIT ha scoperto che il rivestimento di nanoparticelle con la forma destrorsa dell'aminoacido cisteina ha aiutato le particelle a evitare di essere distrutte dagli enzimi nel corpo. Li ha anche aiutati a entrare nelle cellule in modo più efficiente. Questa scoperta potrebbe aiutare i ricercatori a progettare vettori più efficaci per i farmaci per curare il cancro e altre malattie, dice Robert Langer, il David H. Koch Institute Professor al MIT e membro del Koch Institute for Integrative Cancer Research.

"Siamo molto entusiasti di questo documento perché il controllo della chiralità offre nuove possibilità per la somministrazione di farmaci e quindi nuovi trattamenti medici, "dice Langer, che è uno degli autori senior del documento.

Ana Jaklenec, un ricercatore presso il Koch Institute, è anche un autore senior del documento, che appare in Materiale avanzato il 4 novembre. L'autore principale del documento è il postdoc del MIT Jihyeon Yeom. Altri autori dell'articolo sono gli ex postdoc del MIT Pedro Guimaraes e Kevin McHugh, Postdoc del MIT Quanyin Hu, e l'affiliato di ricerca del Koch Institute Michael Mitchell. Hyo Min Ahn, BoKyeong Jung, e Chae-Ok Yun della Hanyang University di Seoul, Corea del Sud, sono anche autori dell'articolo.

Interazioni chirali

Molte molecole biologicamente importanti si sono evolute per esistere esclusivamente in versioni destrorse ("D") o mancine ("L"), detti anche enantiomeri. Per esempio, gli amminoacidi naturali sono sempre enantiomeri "L", mentre il DNA e il glucosio sono solitamente "D".

"La chiralità è onnipresente in natura, conferire unicità e specificità alle proprietà biologiche e chimiche dei materiali, " Yeom dice. "Per esempio, molecole formate con la stessa composizione hanno un sapore dolce o amaro e hanno un odore diverso a seconda della loro chiralità, e un enantiomero è inattivo o addirittura tossico, mentre l'altro enantiomero può svolgere un'importante funzione biologica."

Il team del MIT ha ipotizzato che potrebbe essere possibile sfruttare le interazioni chirali per migliorare le prestazioni delle nanoparticelle di somministrazione di farmaci. Per testare quell'idea, hanno creato "sovraparticelle" costituite da gruppi di particelle di ossido di cobalto a 2 nanometri la cui chiralità è stata fornita dalla versione "D" o "L" della cisteina sulle superfici.

Facendo scorrere queste particelle lungo un canale rivestito di cellule cancerose, compreso il mieloma e le cellule del cancro al seno, i ricercatori hanno potuto testare quanto bene ogni tipo di particella fosse assorbito dalle cellule. Hanno scoperto che le particelle ricoperte di cisteina "D" sono state assorbite in modo più efficiente, che credono sia perché sono in grado di interagire più fortemente con il colesterolo e altri lipidi presenti nella membrana cellulare, che hanno anche l'orientamento "D".

I ricercatori credevano anche che la versione "D" della cisteina potesse aiutare le nanoparticelle a evitare di essere scomposte dagli enzimi nel corpo, che sono fatti di "L" aminoacidi. Ciò potrebbe consentire alle particelle di circolare nel corpo per periodi di tempo più lunghi, rendendo più facile per loro raggiungere le destinazioni previste.

In uno studio sui topi, i ricercatori hanno scoperto che le particelle rivestite con "D" sono rimaste nel flusso sanguigno più a lungo, suggerendo che erano in grado di eludere con successo gli enzimi che hanno distrutto le particelle rivestite con "L". Circa due ore dopo l'iniezione, il numero di particelle "D" in circolazione era molto maggiore del numero di particelle "L", ed è rimasto più alto nelle 24 ore dell'esperimento.

"Questo è un primo passo per vedere come la chiralità può potenzialmente aiutare queste particelle a raggiungere le cellule tumorali e ad aumentare il tempo di circolazione. Il passo successivo è vedere se possiamo effettivamente fare la differenza nel trattamento del cancro, "dice Jaklenec.

Particelle modificate

I ricercatori ora intendono testare questo approccio con altri tipi di particelle di rilascio di farmaci. In un progetto, stanno studiando se il rivestimento di particelle d'oro con aminoacidi "D" migliorerà la loro capacità di fornire farmaci antitumorali nei topi. In un altro, stanno usando questo approccio per modificare gli adenovirus, che alcuni dei loro collaboratori stanno sviluppando come un potenziale nuovo modo per curare il cancro.

"In questo studio, abbiamo dimostrato che la chiralità 'D' consente un tempo di circolazione più lungo e un maggiore assorbimento da parte delle cellule tumorali. Il prossimo passo sarebbe determinare se le particelle chirali caricate con il farmaco diano un'efficacia maggiore o prolungata rispetto al farmaco libero, " dice Jaklenec. "Questo è potenzialmente traducibile essenzialmente in qualsiasi nanoparticella".

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.