I linfonodi sono i canarini nella miniera di carbone del nostro sistema immunitario:si attivano al primo segnale di malattia e inviano le cellule immunitarie dove sono necessarie nel corpo per combattere infezioni e malattie.
Per i quasi 20 milioni di pazienti in tutto il mondo a cui viene diagnosticato un cancro ogni anno, i linfonodi rappresentano un prezioso indicatore precoce della presenza di metastasi, ovvero del momento in cui le cellule tumorali iniziano a diffondersi a un altro organo. Rilevare le metastasi il più presto possibile significa che al paziente può essere somministrata la chemioterapia e le terapie immunitarie necessarie che miglioreranno notevolmente la sua prognosi.
I ricercatori del Dipartimento di Ingegneria Biomedica Alfred E. Mann della USC hanno sviluppato una nuova nanoparticella che può “farsi dare un passaggio” sulle cellule immunitarie o sui monociti. A causa delle sue piccole dimensioni, la particella può attaccarsi direttamente ai linfonodi e aiutare la comparsa di metastasi nella risonanza magnetica dove altrimenti sarebbe troppo difficile da rilevare. I risultati potrebbero portare ad agenti di contrasto più avanzati che possono essere iniettati nei pazienti per migliorare gli screening MRI del cancro dei linfonodi.
Il lavoro è stato pubblicato in ACS Nano ed è stato guidato dal Dr. Karl Jacob Jr. e dal presidente di inizio carriera di Karl Jacob III, Eun Ji Chung, e Noah Trac, un Ph.D. studente del Chung Lab.
Sebbene i linfonodi siano un fattore essenziale per l’individuazione del cancro, il loro screening tramite biopsia è doloroso e invasivo e può portare a effetti collaterali indesiderati come infezioni, linfedema e trombosi. Gli strumenti di imaging come il rilevamento MRI non sono invasivi. Tuttavia, presentano anche notevoli carenze per quanto riguarda lo screening dei linfonodi,
"La risonanza magnetica esaminerà le dimensioni del linfonodo, ma ciò non ha una grande connessione e correlazione con il fatto che è metastatico", ha detto Chung. "Anche se hai il raffreddore, i tuoi linfonodi inizieranno a infiammarsi."
"Il problema principale con le attuali tecniche di risonanza magnetica non è che non rilevano le cellule immunitarie", ha detto Trac. "Uno dei problemi principali con gli attuali agenti di contrasto è che non esiste un meccanismo che mira a colpire il cancro, quindi la maggior parte dei linfonodi viene illuminata allo stesso modo, indipendentemente dal fatto che ci sia o meno il cancro."
Per affrontare questa sfida, Chung, Trac e i loro coautori hanno sviluppato una nanoparticella che prende di mira un recettore presente sia sulle cellule tumorali che sui monociti delle cellule immunitarie, cellule che viaggiano verso i linfonodi e sono sempre più diffuse in condizioni di malattia.
"L'idea alla base di questa nanoparticella è quella di provare a dirigere la consegna dell'agente di contrasto gadolinio ai linfonodi affetti da cancro, in modo che risultino più luminosi alla risonanza magnetica rispetto ai linfonodi sani", ha detto Trac.
Lo strumento diagnostico offrirebbe inoltre un forte valore clinico ai medici non solo per individuare le prime metastasi durante una diagnosi iniziale di cancro, ma consentirà anche ai medici di tenere traccia delle recidive del cancro.
"Basta dire che un tumore primario è stato rimosso, ma forse non è stato rimosso tutto, oppure il cancro si ripresenta ed è metastatico per la seconda volta. Le metastasi ricorrenti sono molto più difficili da rilevare e possono portare a esiti peggiori per il paziente ," ha detto Chung.
Le nanoparticelle funzionano prendendo di mira una proteina espressa dalle cellule tumorali, nota come recettore 2 delle chemochine C–C (CCR2). Le particelle "fanno l'autostop" sui monociti delle cellule immunitarie prodotti dall'organismo che esprimono anche questo stesso recettore in risposta al cancro. I monociti consentono quindi alle particelle di viaggiare liberamente nei linfonodi, dove le particelle possono evidenziare efficacemente le cellule tumorali metastatiche e consentire un rilevamento più chiaro tramite MRI.
"Il motivo per cui questo meccanismo funziona, oltre agli elementi mirati, è perché anche la dimensione delle nostre particelle è davvero unica e può raggiungere i linfonodi", ha detto Chung. "Abbiamo scoperto che esiste un limite dimensionale e il nostro tipo di particelle è in grado di passare nei linfonodi e colpire le cellule tumorali che sono arrivate lì, insieme ai monociti che esprimono questo recettore."
Il processo offre vantaggi rivoluzionari per la diagnosi precoce delle metastasi tumorali nei linfonodi. Mentre in precedenza, la metastasi poteva essere valutata solo mediante un aumento delle dimensioni dei linfonodi; le nuove particelle del Chung Lab potrebbero portare alla creazione di agenti di contrasto per la risonanza magnetica in grado di evidenziare le cellule metastatiche nei linfonodi che altrimenti potrebbero apparire normali. Negli esperimenti condotti su un modello murino, il team ha dimostrato che le particelle aumentavano il segnale rilevato dalla risonanza magnetica fino al 50%.
"Le particelle amplificano il segnale e possiamo vederlo nei punti in cui i linfonodi non hanno ancora cambiato dimensione e le metastasi sono molto precoci. Stiamo fornendo questo vantaggio laddove, clinicamente, non saresti in grado vedere metastasi," ha detto Chung.
Il prossimo passo per il gruppo di ricerca è avvicinare il proprio lavoro alle applicazioni cliniche degli agenti di contrasto per MRI. Il lavoro è stato presentato al Laboratorio di caratterizzazione delle nanoparticelle presso il National Institutes of Health, dove un terzo valuterà e convaliderà il lavoro per consentirgli di avvicinarsi alla sperimentazione umana.
Ulteriori informazioni: Noah Trac et al, Rilevamento tramite risonanza magnetica delle metastasi linfonodali attraverso il targeting molecolare del recettore delle chemochine C–C di tipo 2 e l'autostop dei monociti, ACS Nano (2024). DOI:10.1021/acsnano.3c09201
Fornito dalla University of Southern California
