Schemi della sintesi e della struttura delle nanoparticelle. Nell'ultima fase della modifica della superficie vengono aggiunti fotosensibilizzanti per implementare la terapia fotodinamica, nonché molecole che prendono di mira il tumore. All'estrema destra è raffigurato il funzionamento della nanoparticella. Mostra il principio dell'imaging a luminescenza di upconversion (UCL) sotto irradiazione di luce NIR, nonché la combinazione sinergica attivata dai raggi X di radioterapia e terapia fotodinamica, monitorata con imaging a luminescenza rossa. Credito:UvA/HIMS
I ricercatori Dr. Yansong Feng e Prof. Hong Zhang del Van 't Hoff Institute for Molecular Sciences dell'Università di Amsterdam (UvA) hanno progettato e sintetizzato nuove nanoparticelle multistrato e multifunzionali che consentono una combinazione di radioterapia e terapia fotodinamica per il tessuto canceroso profondo. Una prima valutazione preclinica delle particelle ha dimostrato il loro potenziale terapeutico. È in attesa di brevetto e l'università è ora alla ricerca di partner per ulteriori sviluppi o licenze.
La novità delle nanoparticelle è che consentono di combinare radioterapia e terapia fotodinamica utilizzando solo i raggi X. Le particelle facilitano anche l'imaging del tessuto profondo, consentendo il targeting guidato dall'immagine della terapia combinata.
Terapia combinata
Nella terapia fotodinamica, la luce visibile viene utilizzata per attivare fotosensibilizzanti che rilasciano specie radicaliche di ossigeno per distruggere le cellule tumorali. Attacca diverse parti di una cellula cancerosa rispetto alla radioterapia convenzionale mediante raggi X. L'uso combinato di entrambe le terapie migliora la distruzione del tessuto tumorale e spesso riduce la dose di raggi X richiesta. Tuttavia, poiché la terapia fotodinamica è attivata dalla luce, è difficile utilizzarla per trattare il tessuto canceroso situato in profondità all'interno del corpo. Per farlo è necessaria una procedura invasiva come l'endoscopia utilizzando una fibra ottica. Con i raggi X non ci sono problemi del genere. Penetrano facilmente nel corpo e sono concentrati in modo tale da poter svolgere il loro lavoro devastante sul sito del tumore.
Progettando nanoparticelle in grado di emettere luce visibile su radiazioni con raggi X, i ricercatori UvA hanno ora trovato un modo per applicare la terapia fotodinamica in luoghi profondi senza procedure invasive. Le particelle sono state sviluppate durante il dottorato di ricerca. ricerca del Dr. Yansong Feng, supervisionato dal Prof. Hong Zhang presso il gruppo di ricerca sulla fotonica molecolare dell'UvA.
Impressione artistica dell'applicazione di una nanoparticella multistrato di 20 nanometri per la terapia del tessuto canceroso profondo. Quando vengono iniettate nel corpo, le particelle si attaccano al sito del tumore e aiutano nella localizzazione e nella terapia. Credito:Università di Amsterdam
Targeting guidato dalle immagini
La nanoparticella è costituita da un nucleo circondato da due strati esterni. Lo strato più esterno è in grado di scintillare, un processo che converte i raggi X in luce visibile e quindi consente la terapia fotodinamica in qualsiasi luogo accessibile dalla radioterapia. Il secondo strato è uno strato tampone che isola energeticamente lo strato scintillante dal nucleo di nanoparticelle. Nel nucleo stesso, i ricercatori hanno implementato un'altra importante funzione di miglioramento della terapia. È in grado di aumentare la luminescenza, il che significa che può cambiare la frequenza della luce. I ricercatori hanno ottimizzato la conversione in modo tale che la nanoparticella emetta una luce rossa visibile dopo l'illuminazione con radiazioni del vicino infrarosso (NIR) o raggi X. In questo modo hanno effettivamente realizzato la possibilità della terapia guidata dall'immagine. All'illuminazione con NIR, che ha una profondità di penetrazione relativamente lunga, le particelle si illuminano di un forte colore rosso e rivelano così la posizione del tumore. Il nucleo continua a emettere luce rossa durante la radioterapia mediante raggi X, anche se a intensità inferiore. La luce rossa emessa non interferisce con la terapia fotodinamica.
Risultati dei test di soppressione del tumore nei topi. Le due righe sopra indicano l'importanza dei raggi X in questo approccio, poiché non ci sono effetti evidenti di soppressione del tumore né con l'iniezione della soluzione di nanoparticelle né di una soluzione salina tamponata con fosfato innocua. Le due linee in basso indicano l'efficacia delle nanoparticelle:quando esposte ai raggi X determinano un volume tumorale notevolmente ridotto rispetto al gruppo iniettato con la soluzione tampone. Credito:UvA/HIMS
Valutazione preclinica positiva
Come prova di principio, i ricercatori hanno studiato le prestazioni delle nanoparticelle negli studi sul trattamento del cancro con colture cellulari (in vitro) e topi (in vivo). Ciò ha fornito una chiara indicazione della sicurezza e del potenziale terapeutico delle particelle.
In collaborazione con Innovation Exchange Amsterdam (IXA, l'ufficio per il trasferimento tecnologico dell'università), i ricercatori sono ora alla ricerca di licenziatari e/o partner per sviluppare ulteriormente questo nuovo approccio in un'applicazione commercialmente valida, che includa il completamento di studi preclinici e un ulteriore ingresso in studi clinici completi. Ciò sarebbe determinante per stabilire la sicurezza delle nanoparticelle, la loro facilità d'uso, le loro prestazioni durante la terapia e l'efficacia complessiva della loro applicazione. + Esplora ulteriormente
