Sebbene la radice di curcuma sia stata usata in medicina in tutto il mondo per secoli, la scienza ha scoperto che il suo principale componente chimico, la curcumina, si scompone nel corpo prima che possano essere raggiunti i suoi benefici finali. Un'entusiasmante collaborazione tra i ricercatori della Carnegie Mellon University Sai Yerneni, Phil Campbell, Burak Ozdoganlar ed Ezgi Yalcintas ha creato un approccio per consentire in modo unico l'uso della curcumina come potente terapeutico.

La curcumina è un polifenolo antitumorale, antinfiammatorio, antiossidante e antibatterico che si trova nella curcuma. Tuttavia, la sua forma isolata e pura non è stabile a causa della sua rapida degradazione all'interno e della rimozione dal corpo. Questo rappresenta uno dei maggiori ostacoli alla sua traduzione come pratica terapeutica. Serve anche come motivazione per i ricercatori ad esplorare strategie di incapsulamento per proteggere la curcumina all'interno del corpo umano.

Uno di questi approcci di incapsulamento consiste nell'incorporare la curcumina negli esosomi. Gli esosomi sono vescicole extracellulari nanometriche che il corpo umano utilizza per la comunicazione cellula-cellula spostando proteine, lipidi, acidi nucleici e metaboliti. Inserendo la curcumina negli esosomi, la sostanza chimica è abbastanza stabile da viaggiare in tutto il corpo e ottenere il suo effetto terapeutico. Sebbene altri ricercatori abbiano tentato di utilizzare gli esosomi per fornire la curcumina, il miglioramento della stabilità della curcumina è stato insufficiente per il suo uso come terapeutico.

L'albumina, una proteina stabilizzatrice naturale che si trova nel corpo umano, può affrontare questa sfida. Yerneni, ricercatore post-dottorato in ingegneria chimica, e Campbell, professore di ricerca in ingegneria biomedica, hanno sviluppato un approccio ibrido per sfruttare le proprietà uniche sia degli esosomi che dell'albumina. Hanno progettato un sistema ibrido esosoma-albumina per fornire terapie, inclusa la curcumina.

"I tentativi precedenti di caricare la curcumina in varie nanoparticelle legate alla membrana lipidica soffrivano del fatto che la curcumina fosse caricata in modo inaffidabile o soggetta a brevi tempi di ritenzione, mentre l'inclusione di albumina si lega alla curcumina mantenendola nel lume dell'esosoma, protetta dalla degradazione, " disse Campbell.

Sebbene l'associazione albumina-curcumina e l'incapsulamento dell'esosoma possano fornire un sistema stabile di somministrazione del farmaco, la somministrazione mirata ai tessuti o agli organi desiderati rimane un'altra sfida. Quando viene iniettata nel sangue, la maggior parte degli esosomi tende ad accumularsi nel fegato piuttosto che raggiungere l'organo o il tessuto bersaglio. A tal fine, un approccio interessante consiste nel fornire gli esosomi contenenti curcumina-albumina utilizzando patch di microaghi per applicazioni mirate alla pelle.

Gli array di microneedle (MNA) contengono decine o centinaia di aghi, ciascuno sottile come un capello umano e invisibile ad occhio nudo. Attraverso un primo processo di produzione e applicazione, questi aghi su microscala sono disposti in un formato array su una patch più piccola di un centesimo. I microaghi solubili si formano mescolando il farmaco, in questo caso gli esosomi, con un tipo di zucchero e solidificandoli nella loro forma.

Quando vengono inseriti nel tessuto, gli aghi si dissolvono e rilasciano il farmaco in modo mirato e preciso. A causa delle loro piccole dimensioni, i microaghi non causano danni ai tessuti. In quanto tali, possono essere utilizzati come un modo indolore per somministrare terapie nella o attraverso la pelle, migliorando la compliance del paziente e la somministrazione mirata. In particolare, i cerotti con microaghi possono essere somministrati dai pazienti stessi senza alcuna attrezzatura o formazione specializzata.

I ricercatori hanno trovato un altro grande vantaggio nell'utilizzo degli MNA. Quando i composti della curcumina fortificati con l'esosoma sono stati incorporati negli MNA, il team ha scoperto che la stabilità di questi composti a temperatura ambiente è aumentata notevolmente. Il sistema può essere conservato per un massimo di un anno senza bisogno di celle frigorifere.

"Questo è grande a causa di uno dei principali inconvenienti degli attuali vaccini è la logistica del trasporto che richiede celle frigorifere", ha detto Yerneni. Ha spiegato che questo svantaggia soprattutto i paesi più poveri che non possono facilitare lunghe catene di approvvigionamento di celle frigorifere. Yerneni è ottimista sul fatto che questa tecnologia possa superare questi ostacoli.

Un viaggio collaborativo

Yerneni e Campbell non avevano avuto bisogno di andare lontano per trovare un collaboratore per la fornitura di esosomi utilizzando array di microaghi perché uno dei massimi esperti mondiali di tecnologia era proprio in fondo al corridoio. Burak Ozdoganlar, professore di ingegneria meccanica, ha guidato gli sforzi per sviluppare diversi microaghi per più di un decennio con il compianto Lee Weiss, professore al Carnegie Mellon's Robotics Institute.

Una delle ispirazioni originali per le MNA è venuta da Weiss, che ha concettualizzato l'idea di "micro-velcro" o micro-barbe, una serie di progetti in titanio a forma di punta di freccia. Ozdoganlar e Weiss hanno lavorato insieme a metà degli anni 2000, sviluppando metodi di produzione per portare a compimento il "micro-velcro". Successivamente, Ozdoganlar ha collaborato con ricercatori medici dell'Università di Pittsburgh per dimostrare l'applicazione degli MNA per una serie di malattie e condizioni tra cui il cancro della pelle e, più recentemente, per la vaccinazione COVID.

Yalcintas, un ex Ph.D. studente del gruppo di ricerca di Ozdoganlar, ha lavorato a stretto contatto con Yerneni sul progetto curcumina. "Questa è stata una vera collaborazione tra due eccezionali gruppi di ricerca. Grazie all'eccellente lavoro di Ezgi e Sai, abbiamo dimostrato con successo il rilascio locale della curcumina sulla pelle e la sua efficacia nel bloccare e attenuare l'infiammazione", ha affermato Ozdoganlar. "Questo può avere un grande impatto sul trattamento di una serie di condizioni della pelle e, possibilmente, di vari tumori della pelle".

Pubblicato in Acta Biomaterialia , la ricerca del team dimostra che il sistema ibrido esosoma/MNA è un modo efficace per somministrare la curcumina alla pelle. Ciò consentirà ai medici di utilizzare la curcumina come una terapia completamente naturale. Il team ha dimostrato che questo è un trattamento efficace per ridurre l'infiammazione cutanea locale nei piccoli modelli animali, ma sono necessarie ulteriori ricerche per esplorare le altre proprietà della curcumina.

Successivamente, il team prevede di condurre ulteriori esperimenti utilizzando modelli animali specifici per la malattia per dimostrare che i vantaggi della curcumina possono essere realizzati utilizzando un sistema di rilascio dell'esosoma-albumina e array di microaghi.

"Abbiamo caricato con successo il sistema di rilascio dell'esosoma-albumina con la curcumina", ha detto Yerneni. "Questa tecnologia è stata estesa per fornire altri farmaci e potenzialmente controllare altre malattie della pelle come il cancro (melanoma), la psoriasi e le ulcere cutanee". + Esplora ulteriormente

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