I chimici dei polimeri e dei radionuclidi dell'Università dell'Alabama di Birmingham riferiscono che "potrebbe rappresentare un importante passo avanti nei sistemi di somministrazione di farmaci in microcapsule".

Le microcapsule UAB, etichettate con zirconio radioattivo-89, sono il primo esempio di capsule polimeriche cave in grado di resistere a lungo termine, tomografia a emissione di positroni multigiornaliera, o PET, imaging in vivo. Nei lavori precedenti, I ricercatori dell'UAB hanno dimostrato che le capsule cave potrebbero essere riempite con una potente dose del farmaco antitumorale doxorubicina, che potrebbe poi essere rilasciato dagli ultrasuoni terapeutici che rompe le microcapsule.

L'imaging PET con zirconio-89, che ha un'emivita di 3,3 giorni, ha permesso di tracciare le capsule nei topi di prova fino a sette giorni. Il principale passo avanti nella ricerca attuale è stata l'incorporazione covalente di un chelante di zirconio, deferoxamina o DFO, negli strati delle microcapsule. Ciò ha aumentato il legame stretto dell'emettitore di positroni zirconio-89 sulla parete della microcapsula.

"I sistemi prodotti rappresentano un esempio di un agente teranostico avanzato con la possibilità di combinare la somministrazione controllata di farmaci con capacità di imaging PET stabili, " disse Eugenia Kharlampieva, dottorato di ricerca, e Suzanne Lapi, dottorato di ricerca, co-autori senior. "Riteniamo che questo sistema fornisca anche le basi per un vettore universale per la somministrazione di farmaci che può essere abbinato a trattamenti mirati avanzati, come terapie geniche su misura per il paziente, e può portare al progresso della salute umana attraverso obiettivi molecolari, somministrazione di farmaci di precisione guidata dalle immagini."

Questo sistema di somministrazione di farmaci, dopo modifiche superficiali per aumentare le capacità di targeting, potrebbe offrire un'alternativa non invasiva alla chirurgia del cancro o alla chemioterapia sistemica per i tumori solidi. Il termine teranostico, un portmanteau delle parole terapia e diagnostica, si riferisce a nanoparticelle o microcapsule che possono fungere anche da agenti di diagnostica per immagini e da vettori terapeutici per la somministrazione di farmaci.

La relativa scarsità di particelle funzionalizzate di zirconio-89, Kharlampieva e Lapi suggeriscono, può essere dovuto sia alla scarsità di laboratori in grado di lavorare con questo isotopo sia alle sfide associate alla sua incorporazione stabile in un vettore di farmaci polimerici. All'UAB, Kharlampieva è professore presso il Dipartimento di Chimica dell'UAB College of Arts and Sciences e co-direttore del Centro UAB per i nanomateriali e la biointegrazione. Il suo laboratorio di chimica dei polimeri ha aperto la strada alla ricerca sulle microcapsule cave costruite con strati alternati di acido tannico biocompatibile e poli(N-vinilpirrolidone), o TA/PVPON. Gli strati si formano attorno a un nucleo sacrificale che si dissolve dopo che gli strati sono stati completati. Nella ricerca attuale, il chelante DFO era legato covalentemente al PVPON, e le capsule erano composte da strati alternati di TA e PVPON-DFO, per un totale di sei o 12 doppi strati.

Lapi è professore di radiologia e vicepresidente della ricerca traslazionale, ed è la direttrice della UAB Cyclotron Facility, che produce radionuclidi sia clinici che sperimentali. Lapi dirige anche il Laboratorio di Radiochimica e la Divisione di Ricerca Avanzata per l'Immagine Medica.

I ricercatori dell'UAB hanno scoperto che le capsule a sei strati (TA/PVPON-DFO) conservavano, in media, 17% in più di zirconio-89 rispetto ai loro omologhi (TA/PVPON), prove che il collegamento di DFO a PVPON fornisce una chelazione stabile. L'imaging PET in vivo dei topi ha mostrato un'eccellente stabilità e un contrasto di imaging che era ancora presente sette giorni dopo l'iniezione. Le capsule si sono accumulate principalmente nella milza, fegato e polmoni, e c'era un accumulo trascurabile nel femore. Poiché il femore è il sito in cui si accumula lo zirconio-89 libero, questa mancanza di accumulo nel femore ha confermato il legame stabile del radiotracciante alla capsula. Finalmente, l'applicazione di livelli terapeutici di ultrasuoni alle capsule funzionalizzate con zirconio ha rilasciato il farmaco antitumorale doxorubicina, caricato all'interno delle microcapsule, in quantità terapeutiche.

Così, le microcapsule superano tre limitazioni osservate nella maggior parte degli attuali agenti teranostici guidati da PET:1) scarsa ritenzione del radiometallo nel tempo, 2) basse capacità di carico del farmaco, e 3) capacità di imaging PET limitata nel tempo.

Co-primi autori dello studio, "Microcapsule multistrato con 89Zr chelato a conchiglia per imaging PET e somministrazione controllata, "pubblicato sulla rivista Materiali e interfacce applicati ACS , erano Veronika Kozlovskaya, dottorato di ricerca, e Aaron Alford, dottorato di ricerca, UAB Dipartimento di Chimica.