L'Innovation Center of NanoMedicine in Giappone ha annunciato che è stata scoperta una nuova strategia per mirare specificamente al cervello in collaborazione con il Dipartimento di Bioingegneria, Scuola di specializzazione in Ingegneria, Università di Tokio. I dettagli sono pubblicati nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze emesso il 23 luglio

Il trattamento delle malattie neurologiche è gravemente ostacolato dalla scarsa somministrazione di terapie al cervello a causa della presenza della barriera emato-encefalica (BBB), una barriera cellulare altamente impermeabile composta principalmente dalle cellule endoteliali specializzate che rivestono il microcircolo cerebrale. Le strategie basate sulla nanotecnologia hanno ottenuto un modesto successo nel fornire terapie al cervello caricandole su nanomacchine decorate con ligandi che si legano alle proteine ​​associate alla BBB. Però, tali strategie di targeting hanno limitazioni inerenti alla specificità del cervello, poiché le proteine ​​bersaglio sono espresse in modo significativo anche negli organi periferici, portando ad un aumento dell'accumulo di nanomacchine, ad esempio nei polmoni e nel cuore. Perciò, la traduzione clinica delle strategie attuali è ostacolata da effetti collaterali periferici dannosi e da dosi terapeutiche efficaci ridotte che raggiungono il cervello. Quindi, è necessario sviluppare nuove strategie che sfruttino caratteristiche alternative della BBB per superare l'accumulo "fuori bersaglio" di nanomacchine.

Il gruppo del Prof. Kataoka ha sviluppato un semplice, strategia ancora controintuitiva che trasforma il problema della somministrazione della terapia al cervello, questo è, l'elevata impermeabilità delle cellule endoteliali cerebrali, nella soluzione per ottenere un targeting cerebrale specifico di nanomacchine con un aumento minimo di accumulo negli organi periferici.

L'elevata impermeabilità delle cellule endoteliali cerebrali è in gran parte dovuta a un livello di endocitosi marcatamente ridotto rispetto alle cellule endoteliali periferiche. Questa caratteristica può quindi essere sfruttata per promuovere gratuitamente, etichette molecolari non coniugate da trattenere selettivamente sulla superficie delle cellule endoteliali cerebrali mentre vengono rapidamente rimosse (endocitate) dalla superficie delle cellule endoteliali di altri organi del corpo. In questo modo, le nanomacchine in grado di riconoscere in modo efficiente le etichette molecolari visualizzate sono specificamente mirate al cervello con un targeting minimo in altri organi.

La fattibilità di un tale approccio è stata dimostrata impiegando anticorpi contenenti biotina contro la proteina Platelet Endothelial Cell Adhesion Molecule (PECAM)-1, che si esprime nel sistema vascolare della maggior parte degli organi. Gli autori hanno dimostrato che se le nanomacchine decorate con la proteina avidina (capace di legarsi molto fortemente alla biotina) vengono iniettate nei topi un breve periodo di tempo dopo l'iniezione di anticorpi biotina-PECAM-1, le nanomacchine si accumulano preferenzialmente nei polmoni, con accumulo visto anche nel cervello, cuore e pancreas. Però, se l'intervallo di tempo tra l'anticorpo e l'iniezione della nanomacchina viene aumentato per consentire la rimozione dell'anticorpo dalla superficie delle cellule endoteliali periferiche, la capacità delle nanomacchine di accumularsi nei polmoni, cuore e pancreas diminuiscono costantemente, mentre l'accumulo nel cervello rimane costante. Quindi, dopo un intervallo di otto ore, le nanomacchine erano mirate solo al cervello, senza aumento dell'accumulo osservato in alcun organo periferico.

Questa nuova strategia di targeting in due fasi apre quindi la strada per superare la limitazione dell'accumulo di nanomacchine periferiche "fuori bersaglio", aumentando così la traduzione clinica di terapie basate su nanomacchine.