Gli aneurismi aortici sono rigonfiamenti dell’aorta, il più grande vaso sanguigno che trasporta il sangue ricco di ossigeno dal cuore al resto del corpo. Fumo, ipertensione, diabete o lesioni possono aumentare il rischio di aneurismi, che tendono a verificarsi più spesso nei fumatori maschi caucasici di età superiore ai 65 anni.

"I tessuti molli che compongono i vasi sanguigni agiscono essenzialmente come elastici, e sono le fibre elastiche all'interno di questi tessuti che consentono loro di allungarsi e di scattare indietro", afferma il professor Anand Ramamurthi, presidente del Dipartimento di Bioingegneria del PC della Lehigh University. Facoltà Rossin di Ingegneria e Scienze Applicate.

"Queste fibre vengono prodotte principalmente prima e subito dopo la nascita. Dopodiché, non si rigenerano né subiscono una riparazione naturale dopo l'infortunio. Quindi, quando si feriscono o si ammalano, il tessuto si indebolisce e provoca un aneurisma, che può crescere nel tempo. Dopo circa sette-dieci anni, in genere raggiunge la fase di rottura."

Durante questo periodo non esiste alcun trattamento. I pazienti vengono sottoposti a screening regolarmente tramite imaging per monitorare il tasso di crescita dell'aneurisma. Una volta ritenuto abbastanza grande da potersi rompere (un evento fatale nel 90% dei casi), l'intervento chirurgico è l'unica opzione. Ma è rischioso per i pazienti anziani.

Ramamurthi e il suo team stanno lavorando su metodi minimamente invasivi per rigenerare e riparare queste fibre elastiche utilizzando nanocapsule polimeriche o biologiche, chiamate nanoparticelle, progettate per rilasciare nuove terapie rigenerative. Le loro tecniche innovative potrebbero consentire il trattamento subito dopo il rilevamento di un aneurisma e potenzialmente rallentarne, invertirne o addirittura arrestarne la crescita.

Risultati del loro articolo più recente, pubblicato nel Journal of Biomedical Materials Research Part A , si basano sul loro lavoro precedente e rappresentano un passo verso un futuro in cui la chirurgia non è più la migliore e unica opzione di trattamento.

"Nelle ricerche precedenti, abbiamo identificato farmaci e agenti di silenziamento genetico che possono effettivamente indurre le cellule vascolari adulte malate a produrre nuove fibre elastiche e inibire gli enzimi che distruggono le fibre esistenti", afferma. "Abbiamo anche lavorato su come fornire queste terapie in modo efficiente solo nel sito di riparazione dei tessuti."

Il team ha anche sviluppato un progetto di nanoparticelle chiamato targeting attivo che incorpora piccoli frammenti proteici, o peptidi, sulla superficie della nanoparticella. "Questi peptidi riconoscono componenti esclusivi del tessuto dell'aneurisma. Pertanto, quando le nanoparticelle vengono iniettate nel flusso sanguigno, si attaccano solo alla parete dell'aneurisma, dove si degradano lentamente e rilasciano il farmaco.

Per questo articolo, dice, i ricercatori "hanno studiato come le nanoparticelle penetrano effettivamente nella parete dei vasi sanguigni per rilasciare il farmaco nel tessuto interessato."

Tutti i vasi sanguigni sono rivestiti con una barriera protettiva composta da cellule endoteliali, che possono diventare "perdenti" poiché l'infiammazione dovuta a danni ai tessuti o malattie distrugge l'endotelio e crea spazi tra le cellule. Queste lacune consentono ai globuli bianchi di spostarsi e avviare il processo di riparazione dei tessuti e fungono anche da punto di ingresso per le nanoparticelle che accelerano la guarigione.

"Volevamo sapere in che modo la forma e le proporzioni di queste nanoparticelle influenzano la loro capacità di attraversare la barriera cellulare endoteliale", afferma Ramamurthi.

Era una domanda fondamentale a cui rispondere perché non tutte le nanoparticelle sono create allo stesso modo e se non riescono a penetrare la barriera, non possono riparare il tessuto.

Ramamurthi e il suo team hanno sviluppato un nuovo modello di coltura cellulare in cui hanno simulato la malattia e poi hanno esaminato i meccanismi di trasporto, in particolare il modo in cui nanoparticelle di diverso tipo interagivano con le cellule endoteliali e si muovevano attraverso di esse. Sono entrati attraverso gli spazi tra le cellule endoteliali (un processo chiamato stravaso) o attraverso le cellule stesse (ciò che è noto come traslocazione)?

"Diciamo che una nanoparticella attraversa una cellula endoteliale. Parte di essa potrebbe rimanere all'interno di quella cellula e non uscire dall'altra parte, il che significa che perdi quella particella e non è più utile per il processo di guarigione. L'obiettivo è il trasporto con il minimo conservazione."

Il team ha scoperto che le particelle a forma di bastoncino, al contrario delle particelle sferiche, con un rapporto di aspetto elevato (cioè lunghe e magre rispetto a corte e tozze) venivano selettivamente assorbite dalle cellule endoteliali malate. "E hanno mostrato un assorbimento molto ridotto nelle cellule endoteliali sane rispetto alle sfere, il che è positivo perché non vogliamo che interagiscano con le pareti dei vasi sani", afferma.

Hanno anche scoperto che le particelle raggiungevano il tessuto principalmente tramite stravaso (o attraverso le lacune cellulari). "Più erano lunghi e magri, meno era probabile che rimanessero all'interno dello strato di cellule endoteliali, il che significa che riescono a raggiungere il tessuto interessato per una terapia più efficace."

Il team ora integrerà questi risultati con il lavoro sul targeting attivo, incorporando componenti sulla superficie delle nanoparticelle che riconoscono le proteine ​​espresse dalle cellule malate, in modelli animali.

L’obiettivo finale è sviluppare una terapia rigenerativa non chirurgica in grado di rallentare la crescita dell’aneurisma. Ad esempio, aumentando l’attuale fase di crescita-rottura da sette a 15 anni. Un risultato ancora più ambizioso, afferma Ramamurthi, sarebbe quello di invertire tale crescita.

"La regressione della crescita dell'aneurisma sarebbe il risultato preferibile a lungo termine", afferma. "È ancora molto lontano, ma siamo entusiasti perché questi risultati ci aiuteranno a progettare le nostre nanoparticelle per un rilascio più efficiente alla parete dell'aneurisma. È un'opportunità per avvicinarci a quella realtà."

Ulteriori informazioni: Jimmy Yau et al, Valutazione del trasporto trans-endoteliale di nanoparticelle per il rilascio negli aneurismi dell'aorta addominale, Journal of Biomedical Materials Research Part A (2024). DOI:10.1002/jbm.a.37667

Fornito dalla Lehigh University