La chemioterapia come trattamento per il cancro è una delle storie di maggior successo medico del 20° secolo, ma è lungi dall'essere perfetta. Chiunque abbia subito la chemioterapia o abbia avuto un amico o una persona cara che la ha sottoposta conoscerà i suoi numerosi effetti collaterali:perdita di capelli, nausea, indebolimento del sistema immunitario e persino infertilità e danni ai nervi.
Questo perché i farmaci chemioterapici sono tossici. Il loro scopo è uccidere le cellule tumorali avvelenandole, ma poiché le cellule tumorali derivano da cellule sane e sono sostanzialmente simili a queste, è difficile creare un farmaco che le uccida senza danneggiare anche i tessuti sani.
Ma ora un paio di gruppi di ricerca del Caltech hanno creato un tipo completamente nuovo di sistema di somministrazione dei farmaci, che secondo loro potrebbe finalmente dare ai medici la capacità di curare il cancro in un modo più mirato. Il sistema utilizza farmaci che vengono attivati dagli ultrasuoni e solo dove sono necessari nel corpo.
Il sistema è stato sviluppato nei laboratori di Maxwell Robb, assistente professore di chimica, e Mikhail Shapiro, professore di ingegneria chimica e ingegneria medica a Max Delbrück e ricercatore dell'Howard Hughes Medical Institute.
In un articolo apparso sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences , i ricercatori mostrano come hanno combinato elementi di ciascuna delle loro specialità per creare la piattaforma. L'articolo è intitolato "Controllo remoto delle reazioni meccanochimiche in condizioni fisiologiche utilizzando ultrasuoni focalizzati biocompatibili".
Lavorando in collaborazione, i due gruppi di ricerca hanno sposato vescicole di gas (capsule di proteine riempite d’aria presenti in alcuni batteri) e meccanofori (molecole che subiscono un cambiamento chimico quando sottoposte a forza fisica). Il laboratorio di Shapiro ha precedentemente utilizzato vescicole di gas insieme agli ultrasuoni per acquisire immagini di singole cellule e muoverle con precisione.
Il laboratorio di Robb, da parte sua, ha creato meccanofori che cambiano colore quando allungati, rendendoli utili per rilevare la tensione nelle strutture, e altri meccanofori che possono rilasciare una molecola più piccola, incluso un farmaco, in risposta a uno stimolo meccanico. Per il nuovo lavoro, hanno ideato un modo per utilizzare le onde ultrasoniche come stimolo.
"Ci stiamo pensando da molto tempo", dice Robb. "Tutto è iniziato quando sono arrivato per la prima volta al Caltech e Mikhail e ho iniziato a conversare sugli effetti meccanici degli ultrasuoni."
Quando hanno iniziato a ricercare la combinazione di meccanofori e ultrasuoni, hanno scoperto un problema:gli ultrasuoni potevano attivare i meccanofori, ma solo a un’intensità così forte da danneggiare anche i tessuti vicini. Ciò di cui i ricercatori avevano bisogno era un modo per concentrare l’energia degli ultrasuoni proprio dove volevano. Si è scoperto che la tecnologia delle vescicole di gas di Shapiro ha fornito la soluzione.
Nel suo lavoro precedente, Shapiro ha sfruttato la tendenza delle vescicole a vibrare o "suonare" come una campana quando vengono bombardate da onde ultrasoniche. Nella ricerca attuale, tuttavia, le vescicole sono talmente dure da rompersi, concentrando l'energia degli ultrasuoni. Le vescicole diventano effettivamente piccole bombe le cui esplosioni attivano il meccanoforo.
"L'applicazione della forza attraverso gli ultrasuoni di solito si basa su condizioni molto intense che innescano l'implosione di minuscole bolle di gas disciolte", afferma Molly McFadden, Ph.D., coautrice dello studio. "Il loro collasso è la fonte della forza meccanica che attiva il meccanoforo. Le vescicole hanno una maggiore sensibilità agli ultrasuoni. Usandole, abbiamo scoperto che la stessa attivazione del meccanoforo può essere ottenuta con ultrasuoni molto più deboli."
Yuxing Yao, ricercatore post-dottorato associato nel laboratorio di Shapiro, afferma che questa è la prima volta che gli ultrasuoni focalizzati sono stati in grado di controllare una reazione chimica specifica in un ambiente biologico.
"In precedenza gli ultrasuoni venivano utilizzati per disturbare o spostare le cose", afferma Yao. "Ma ora ci sta aprendo questa nuova strada utilizzando la meccanochimica."
Finora, la piattaforma è stata testata solo in condizioni di laboratorio controllate, ma in futuro i ricercatori intendono testarla su organismi viventi.
Ulteriori informazioni: Yuxing Yao et al, Controllo remoto delle reazioni meccanochimiche in condizioni fisiologiche utilizzando ultrasuoni focalizzati biocompatibili, Atti dell'Accademia nazionale delle scienze (2023). DOI:10.1073/pnas.2309822120. www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2309822120
Informazioni sul giornale: Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze
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