Le metastasi cerebrali, come vengono chiamati questi tumori secondari, derivano più comunemente da tumori solidi come il cancro al seno, ai polmoni e al colon e sono spesso associate a una prognosi infausta. Quando il cancro penetra nel cervello, può essere difficile che il trattamento segua, in parte a causa della barriera ematoencefalica, una membrana quasi impenetrabile che separa il cervello dal resto del corpo.

La nanoparticella del team Sylvester potrebbe un giorno essere utilizzata per trattare le metastasi con l'ulteriore vantaggio di trattare contemporaneamente il tumore primario, secondo Shanta Dhar, Ph.D., professore associato di Biochimica e Biologia Molecolare e assistente direttore della Tecnologia e Innovazione presso Sylvester, che ha guidato lo studio. È l'autrice senior di un articolo pubblicato il 6 maggio sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences .

Caricando la particella con due profarmaci che prendono di mira i mitocondri, il centro di produzione di energia della cellula, i ricercatori hanno dimostrato che il loro metodo potrebbe ridurre i tumori al seno e al cervello negli studi preclinici.

"Dico sempre che la nanomedicina è il futuro, ma ovviamente siamo già stati in quel futuro", ha affermato Dhar, riferendosi ai vaccini COVID-19 disponibili in commercio, che utilizzano nanoparticelle nella loro formulazione. "La nanomedicina rappresenta sicuramente il futuro anche per le terapie antitumorali."

Il nuovo metodo utilizza una nanoparticella costituita da un polimero biodegradabile, precedentemente sviluppato dal team di Dhar, accoppiato con due farmaci sviluppati anch'essi nel suo laboratorio che mirano alle fonti energetiche del cancro. Poiché le cellule tumorali hanno spesso una forma diversa di metabolismo rispetto alle cellule sane, soffocare il loro metabolismo può essere un modo efficace per uccidere i tumori senza danneggiare altri tessuti.

Uno di questi farmaci è una versione modificata di un classico farmaco chemioterapico, il cisplatino, che uccide le cellule tumorali danneggiando il DNA nelle cellule in rapida crescita, arrestandone di fatto la crescita. Ma le cellule tumorali possono riparare il loro DNA, portando talvolta alla resistenza al cisplatino.

Il team di Dhar ha modificato il farmaco per spostare il suo bersaglio dal DNA nucleare, il DNA che costituisce i nostri cromosomi e genoma, al DNA mitocondriale. I mitocondri sono le fonti di energia delle nostre cellule e contengono genomi molto più piccoli e, cosa importante per scopi terapeutici contro il cancro, non hanno lo stesso meccanismo di riparazione del DNA dei nostri genomi più grandi.

Poiché le cellule tumorali possono passare da una fonte di energia all’altra per sostenere la crescita e la proliferazione, i ricercatori hanno combinato il loro cisplatino modificato, che chiamano Platin-M e attacca il processo di generazione di energia noto come fosforilazione ossidativa, con un altro farmaco che hanno sviluppato, Mito-DCA. , che prende di mira specificamente una proteina mitocondriale nota come chinasi e inibisce la glicolisi, un diverso tipo di generazione di energia.

Dhar ha affermato che il percorso per sviluppare una nanoparticella in grado di accedere al cervello è lungo. Ha lavorato sulle nanoparticelle per tutta la sua carriera indipendente e, in un precedente progetto che studiava diverse forme di polimeri, i ricercatori hanno notato che una piccola frazione di alcune di queste nanoparticelle raggiungeva il cervello negli studi preclinici. Affinando ulteriormente questi polimeri, il team di Dhar ha sviluppato una nanoparticella in grado di attraversare sia la barriera ematoencefalica che la membrana esterna dei mitocondri.

"Ci sono stati molti alti e bassi per capirlo, e stiamo ancora lavorando per comprendere il meccanismo attraverso il quale queste particelle attraversano la barriera emato-encefalica", ha detto Dhar.

Il team ha poi testato le nanoparticelle specializzate caricate con farmaci in studi preclinici e ha scoperto che funzionano per ridurre sia i tumori al seno che le cellule tumorali al seno che erano state seminate nel cervello per formare tumori lì. Anche la combinazione nanoparticelle-farmaco si è rivelata non tossica e ha prolungato significativamente la sopravvivenza negli studi di laboratorio.

Successivamente, il team vuole testare il proprio metodo in laboratorio per replicare più da vicino le metastasi del cervello umano, forse anche utilizzando cellule tumorali derivate dal paziente. Vogliono anche testare il farmaco in modelli di laboratorio di glioblastoma, un cancro al cervello particolarmente aggressivo.

"Sono davvero interessato alla chimica dei polimeri e il suo utilizzo per scopi medici mi affascina davvero", ha detto Akash Ashokan, dottorando dell'Università di Miami che lavora nel laboratorio di Dhar e co-primo autore dello studio insieme alla dottoranda Shrita Sarkar. "È bello vedere questo applicato alle terapie contro il cancro."