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Quando si sente la parola "nanomedicina", potrebbe richiamare alla mente scenari come quelli del film del 1966 "Viaggio fantastico". Il film ritrae un'équipe medica rimpicciolita per guidare una microscopica nave robotica attraverso il corpo di un uomo per eliminare un coagulo di sangue nel suo cervello.
La nanomedicina non ha ancora raggiunto quel livello di sofisticazione. Sebbene gli scienziati possano generare nanomateriali più piccoli di diversi nanometri - il "nano" che indica un miliardesimo di metro - la nanotecnologia odierna non è stata in grado di generare robotica elettronica funzionale abbastanza piccola da poter essere iniettata in sicurezza nel flusso sanguigno. Ma da quando il concetto di nanotecnologia è stato introdotto per la prima volta negli anni '70, ha lasciato il segno in molti prodotti di uso quotidiano, inclusi elettronica, tessuti, alimenti, processi di trattamento dell'acqua e dell'aria, cosmetici e farmaci. Dati questi successi in diversi campi, molti ricercatori medici erano ansiosi di utilizzare la nanotecnologia per diagnosticare e curare le malattie.
Sono uno scienziato farmaceutico che è stato ispirato dalla promessa della nanomedicina. Il mio laboratorio ha lavorato allo sviluppo di trattamenti contro il cancro utilizzando nanomateriali negli ultimi 20 anni. Sebbene la nanomedicina abbia registrato molti successi, alcuni ricercatori come me sono rimasti delusi dalle sue prestazioni complessive deludenti nel cancro. Per tradurre meglio il successo in laboratorio in trattamenti in clinica, abbiamo proposto un nuovo modo di progettare farmaci antitumorali utilizzando nanomateriali. Utilizzando questa strategia, abbiamo sviluppato un trattamento che è stato in grado di ottenere la remissione completa nei topi con carcinoma mammario metastatico.
Cos'è la nanomedicina?
La nanomedicina si riferisce all'uso di materiali su scala nanometrica per diagnosticare e curare le malattie. Alcuni ricercatori definiscono la nanomedicina come qualsiasi prodotto medico che utilizza nanomateriali di dimensioni inferiori a 1.000 nanometri. Altri usano il termine in modo più ristretto per riferirsi a farmaci iniettabili che utilizzano nanoparticelle di dimensioni inferiori a 200 nanometri. Qualsiasi cosa più grande potrebbe non essere sicura da iniettare nel flusso sanguigno.
Diversi nanomateriali sono stati utilizzati con successo nei vaccini. Gli esempi più noti oggi sono i vaccini mRNA Pfizer-BioNTech e Moderna COVID-19. Questi vaccini utilizzavano una nanoparticella composta da lipidi, o acidi grassi, che aiuta a trasportare l'mRNA dove deve andare nel corpo per innescare una risposta immunitaria.
I ricercatori hanno anche utilizzato con successo i nanomateriali nella diagnostica e nell'imaging medico. I test rapidi COVID-19 e i test di gravidanza utilizzano nanoparticelle d'oro per formare la banda colorata che indica un risultato positivo. La risonanza magnetica, o MRI, usa spesso le nanoparticelle come agenti di contrasto che aiutano a rendere un'immagine più visibile.
Diversi farmaci a base di nanoparticelle sono stati approvati per il trattamento del cancro. Doxil (doxorubicina) e Abraxane (paclitaxel) sono farmaci chemioterapici che utilizzano nanomateriali come meccanismo di somministrazione per migliorare l'efficacia del trattamento e ridurre gli effetti collaterali.
Cancro e nanomedicina
Il potenziale della nanomedicina per migliorare l'efficacia di un farmaco e ridurne la tossicità è interessante per i ricercatori sul cancro che lavorano con farmaci antitumorali che spesso hanno forti effetti collaterali. In effetti, il 65% degli studi clinici che utilizzano le nanoparticelle sono incentrati sul cancro.
L'idea è che i farmaci antitumorali a nanoparticelle potrebbero agire come missili biologici che distruggono i tumori riducendo al minimo i danni agli organi sani. Poiché i tumori hanno vasi sanguigni che perdono, i ricercatori ritengono che ciò consentirebbe alle nanoparticelle di accumularsi nei tumori. Al contrario, poiché le nanoparticelle possono circolare nel sangue più a lungo rispetto ai tradizionali trattamenti contro il cancro, potrebbero accumularsi meno negli organi sani e ridurre la tossicità.
Sebbene queste strategie di progettazione abbiano avuto successo nei modelli murini, la maggior parte dei farmaci antitumorali a nanoparticelle non ha dimostrato di essere più efficace di altri farmaci antitumorali. Inoltre, mentre alcuni farmaci a base di nanoparticelle possono ridurre la tossicità per alcuni organi, possono aumentare la tossicità in altri. Ad esempio, mentre il Doxil a base di nanoparticelle riduce i danni al cuore rispetto ad altre opzioni chemioterapiche, può aumentare il rischio di sviluppare la sindrome mano-piede.
Miglioramento dei farmaci antitumorali a base di nanoparticelle
Per studiare i modi per migliorare il modo in cui sono progettati i farmaci antitumorali a base di nanoparticelle, io e il mio team di ricerca abbiamo esaminato in che modo cinque farmaci antitumorali approvati a base di nanoparticelle si accumulano nei tumori ed evitano le cellule sane rispetto agli stessi farmaci antitumorali senza nanoparticelle. Sulla base dei risultati del nostro studio di laboratorio, abbiamo proposto che la progettazione di nanoparticelle in modo che siano più specifiche per il loro obiettivo previsto potrebbe migliorare la loro traduzione dai modelli animali alle persone. Ciò include la creazione di nanoparticelle che affrontano le carenze di un particolare farmaco, come gli effetti collaterali comuni, e si concentrano sui tipi di cellule che dovrebbero prendere di mira in ogni particolare tipo di cancro.
Utilizzando questi criteri, abbiamo progettato un'immunoterapia basata su nanoparticelle per il cancro al seno metastatico. Per prima cosa abbiamo identificato che il cancro al seno ha un tipo di cellula immunitaria che sopprime la risposta immunitaria, aiutando il cancro a diventare resistente ai trattamenti che stimolano il sistema immunitario ad attaccare i tumori. Abbiamo ipotizzato che mentre i farmaci potrebbero superare questa resistenza, non sono in grado di accumularsi sufficientemente in queste cellule per avere successo. Quindi abbiamo progettato nanoparticelle costituite da una proteina comune chiamata albumina che potrebbe fornire farmaci antitumorali direttamente dove si trovano queste cellule immunosoppressori.
Quando abbiamo testato il nostro trattamento a base di nanoparticelle su topi geneticamente modificati per avere il cancro al seno, siamo stati in grado di eliminare il tumore e ottenere una remissione completa. Tutti i topi erano ancora vivi 200 giorni dopo la nascita. Speriamo che alla fine si traduca da modelli animali a malati di cancro.
Il futuro luminoso ma realistico della nanomedicina
Il successo di alcuni farmaci che utilizzano nanoparticelle, come i vaccini mRNA COVID-19, ha suscitato entusiasmo tra i ricercatori e il pubblico per il loro potenziale utilizzo nel trattamento di varie altre malattie, comprese le discussioni su un futuro vaccino contro il cancro. Tuttavia, un vaccino per una malattia infettiva non è la stessa cosa di un vaccino per il cancro. I vaccini contro il cancro possono richiedere strategie diverse per superare la resistenza al trattamento. L'iniezione di un vaccino a base di nanoparticelle nel flusso sanguigno presenta anche sfide di progettazione diverse rispetto all'iniezione nei muscoli.
Sebbene il campo della nanomedicina abbia fatto buoni progressi nel portare farmaci o strumenti diagnostici fuori dal laboratorio e nella clinica, ha ancora una lunga strada da percorrere. Imparare dai successi e dai fallimenti passati può aiutare i ricercatori a sviluppare scoperte che consentono alla nanomedicina di essere all'altezza delle sue promesse. + Esplora ulteriormente
Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale. 
