Il cancro della vescica ha uno dei tassi di incidenza più alti al mondo e si colloca come il quarto tumore più comune negli uomini. Nonostante il tasso di mortalità relativamente basso, quasi la metà dei tumori della vescica riaffiorano entro 5 anni, richiedendo un monitoraggio continuo del paziente. Le frequenti visite ospedaliere e la necessità di ripetere i trattamenti contribuiscono a rendere questo tipo di cancro uno dei più costosi da curare.
Sebbene gli attuali trattamenti che prevedono la somministrazione diretta di farmaci nella vescica mostrino buoni tassi di sopravvivenza, la loro efficacia terapeutica rimane bassa. Un’alternativa promettente prevede l’uso di nanoparticelle in grado di fornire agenti terapeutici direttamente al tumore. In particolare, sono degni di nota i nanorobot, nanoparticelle dotate della capacità di auto-propulsione all'interno del corpo.
Ora, uno studio pubblicato sulla rivista Nature Nanotechnology rivela come un gruppo di ricerca è riuscito a ridurre del 90% le dimensioni dei tumori della vescica nei topi attraverso una singola dose di nanorobot alimentati da urea.
Queste minuscole nanomacchine sono costituite da una sfera porosa fatta di silice. Le loro superfici portano vari componenti con funzioni specifiche. Tra questi c'è l'enzima ureasi, una proteina che reagisce con l'urea presente nell'urina, consentendo alla nanoparticella di muoversi. Un altro componente cruciale è lo iodio radioattivo, un radioisotopo comunemente utilizzato per il trattamento localizzato dei tumori.
La ricerca, condotta dall’Istituto di Bioingegneria della Catalogna (IBEC) e CIC biomaGUNE in collaborazione con l’Istituto di Ricerca in Biomedicina (IRB Barcellona) e l’Università Autonoma di Barcellona (UAB), apre la strada a trattamenti innovativi per il cancro della vescica. Questi progressi mirano a ridurre la durata del ricovero ospedaliero, implicando così costi inferiori e maggiore comfort per i pazienti.
"Con una singola dose, abbiamo osservato una diminuzione del volume del tumore del 90%. Ciò è significativamente più efficace dato che i pazienti con questo tipo di tumore in genere hanno da 6 a 14 visite ospedaliere con i trattamenti attuali. Un simile approccio terapeutico migliorerebbe l'efficienza, riducendo la durata del ricovero e i costi del trattamento," spiega Samuel Sánchez, professore di ricerca ICREA presso l'IBEC e leader dello studio.
Il prossimo passo, che è già in corso, è determinare se questi tumori si ripresentano dopo il trattamento.
In ricerche precedenti, gli scienziati avevano confermato che la capacità di autopropulsione dei nanorobot permetteva loro di raggiungere tutte le pareti della vescica. Questa caratteristica è vantaggiosa rispetto alla procedura attuale dove, dopo aver somministrato il trattamento direttamente in vescica, il paziente deve cambiare posizione ogni mezz'ora per garantire che il farmaco raggiunga tutte le pareti.
Questo nuovo studio va oltre dimostrando non solo la mobilità delle nanoparticelle nella vescica ma anche il loro accumulo specifico nel tumore. Questo risultato è stato reso possibile da varie tecniche, tra cui la tomografia medica a emissione di positroni (PET) dei topi, nonché immagini al microscopio dei tessuti rimossi dopo il completamento dello studio. Questi ultimi sono stati catturati utilizzando un sistema di microscopia a fluorescenza sviluppato appositamente per questo progetto presso l'IRB di Barcellona. Il sistema scansiona i diversi strati della vescica e fornisce una ricostruzione 3D, consentendo così l'osservazione dell'intero organo.
"L'innovativo sistema ottico che abbiamo sviluppato ci ha permesso di eliminare la luce riflessa dal tumore stesso, permettendoci di identificare e localizzare le nanoparticelle in tutto l'organo senza previa etichettatura, con una risoluzione senza precedenti. Abbiamo osservato che i nanorobot non solo raggiungevano il tumore ma vi è anche entrato, potenziando così l'azione del radiofarmaco," spiega Julien Colombelli, leader della piattaforma di microscopia digitale avanzata dell'IRB Barcellona.
Decifrare il motivo per cui i nanorobot possono entrare nel tumore ha rappresentato una sfida. I nanorobot non dispongono di anticorpi specifici per riconoscere il tumore e il tessuto tumorale è generalmente più rigido del tessuto sano.
"Tuttavia, abbiamo osservato che questi nanorobot possono scomporre la matrice extracellulare del tumore aumentando localmente il pH attraverso una reazione chimica autopropulsa. Questo fenomeno ha favorito una maggiore penetrazione nel tumore ed è stato utile per ottenere un accumulo preferenziale nel tumore", spiega Meritxell. Serra Casablancas, co-primo autore dello studio e ricercatore dell'IBEC.
Gli scienziati hanno così concluso che i nanorobot si scontrano con l'urotelio come se fosse un muro, ma nel tumore, che è più spugnoso, penetrano nel tumore e si accumulano al suo interno. Un fattore chiave è la mobilità dei nanobot, che aumenta la probabilità di raggiungere il tumore.
Inoltre, secondo Jordi Llop, ricercatore del CIC biomaGUNE e co-direttore dello studio, "La somministrazione localizzata di nanorobot che trasportano il radioisotopo riduce la probabilità di generare effetti avversi, e l'elevato accumulo nel tessuto tumorale favorisce l'azione radioterapeutica". effetto."
"I risultati di questo studio aprono la porta all'uso di altri radioisotopi con una maggiore capacità di indurre effetti terapeutici ma il cui uso è limitato se somministrati per via sistemica", aggiunge Cristina Simó, co-autrice dello studio.
Anni di lavoro e uno spin-off
Lo studio consolida i risultati di oltre tre anni di sforzi di collaborazione tra varie istituzioni. Parte dei dati derivano dalle tesi di dottorato di Meritxell Serra e Ana Hortelao, entrambe ricercatrici del gruppo Smart nano-bio-devices dell'IBEC, guidato da Sánchez.
Include anche la tesi di Cristina Simó, co-prima autrice dello studio, che ha condotto la sua ricerca pre-dottorato nel laboratorio di radiochimica e imaging nucleare guidato da Jordi Llop presso il CIC biomaGUNE. La competenza del gruppo di Esther Julián presso l'UAB nel modello animale della malattia è un ulteriore contributo.
La tecnologia alla base di questi nanorobot, che Samuel Sánchez e il suo team sviluppano da oltre sette anni, è stata recentemente brevettata e funge da base per Nanobots Therapeutics, uno spin-off di IBEC e ICREA fondato nel gennaio 2023.
L'azienda, fondata da Sánchez, funge da ponte tra ricerca e applicazione clinica. "Garantire finanziamenti consistenti per lo spin-off è fondamentale per continuare a far avanzare questa tecnologia e, se tutto va bene, portarla sul mercato e sulla società. A giugno, appena cinque mesi dopo la creazione di Nanobots Tx, abbiamo chiuso con successo il primo round di finanziamenti e siamo entusiasti del futuro", afferma Sanchez.
Innovazione tecnologica in microscopia per localizzare i nanorobot
Lavorare con i nanorobot ha rappresentato una sfida scientifica significativa nelle tecniche di bioimaging per visualizzare questi elementi nei tessuti e nel tumore stesso. Le comuni tecniche cliniche non invasive, come la PET, non hanno la risoluzione necessaria per localizzare queste particelle molto piccole a livello microscopico.
Pertanto, la piattaforma di microscopia scientifica dell'IRB di Barcellona ha utilizzato una tecnica di microscopia che utilizza un foglio di luce laser per illuminare i campioni, consentendo l'acquisizione di immagini 3D attraverso la diffusione della luce in seguito all'interazione con tessuti e particelle.
Dopo aver osservato che il tumore stesso disperdeva parte della luce, generando interferenze, gli scienziati hanno sviluppato una nuova tecnica basata sulla luce polarizzata che annulla tutta la diffusione dal tessuto e dalle cellule tumorali. Questa innovazione consente la visualizzazione e la localizzazione dei nanorobot senza la necessità di etichettarli preventivamente con tecniche molecolari.
Ulteriori informazioni: Samuel Sánchez et al, La terapia con radionuclidi con nanobot alimentati da ureasi accumulata riduce le dimensioni del tumore della vescica in un modello murino ortotopico, Nature Nanotechnology (2024). DOI:10.1038/s41565-023-01577-y
Informazioni sul giornale: Nanotecnologia naturale
Fornito dall'Istituto di Bioingegneria della Catalogna
