I metalli liquidi (LM) come il gallio puro (Ga) e le leghe a base di Ga sono una nuova classe di materiali con proprietà fisico-chimiche uniche. Una delle applicazioni più importanti dei LM è la terapia fototermica contro il cancro, in cui le nanoparticelle funzionali LM convertono l’energia luminosa in energia termica, uccidendo così le cellule cancerose. La fototerapia basata su LM è superiore alla terapia antitumorale tradizionale grazie alla sua elevata specificità, ripetibilità e bassi effetti collaterali.
In un nuovo studio all'avanguardia, il professore associato Eijiro Miyako e i suoi colleghi del Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) hanno sintetizzato nanoparticelle multifunzionali a base di Ga che combinano la fototerapia del cancro con l'immunoterapia.
La nuova nanoparticella LM sintetizzata (PEG-IMIQ-LM) contiene una lega LM eutettica gallio-indio (EGaIn) e un modulatore immunologico imiquimod (IMIQ), entrambi incorporati all'interno di un tensioattivo biocompatibile DSPE-PEG2000 -NH2 . I risultati del loro studio sono stati pubblicati in Advanced Functional Materials .
"Crediamo che la convergenza dell'ingegneria nano-immunologica e della tecnologia LM potrebbe fornire una modalità promettente per innescare risposte immunitarie ideali per far avanzare l'immunoterapia contro il cancro. In questo studio, riportiamo nanoparticelle LM multifunzionali attivabili dalla luce con immunostimolanti per combinare la terapia fototermica con l'immunoterapia, " afferma il dottor Miyako, mentre discute la motivazione del team a condurre questo studio.
Innanzitutto, il gruppo di ricerca ha preparato nanoparticelle LM disperdibili in acqua attraverso un semplice processo di sonicazione in un unico passaggio utilizzando DSPE-PEG2000 -NH2 per introdurre IMIQ. Questo è considerato un enorme passo avanti, poiché EGaIn LM è intrinsecamente un materiale immiscibile con l'acqua.
Ulteriori indagini hanno confermato che LM si disintegra per garantire la consegna dell'IMIQ al bersaglio. Inoltre, la nanoparticella preparata ha mostrato un aumento lineare dell'assorbanza nella regione del vicino infrarosso (NIR) a 808 nm, confermando la sua natura otticamente attivabile.
Quando la soluzione acquosa della nanoparticella LM è stata irradiata dal laser NIR (808 nm), il team ha osservato un notevole aumento della temperatura della soluzione, proporzionale all'aumento della concentrazione delle nanoparticelle. Questi risultati hanno confermato che la nanoparticella PEG-IMIQ-LM era un trasportatore di farmaci fototermici robusto e stabile, adatto per l'immunoterapia.
Ulteriori esperimenti hanno rivelato che le nanoparticelle LM erano estremamente sicure e non causavano citotossicità nei fibroblasti umani (MRC5) e nelle cellule di cancro del colon di topo (Colon26).
Per valutare il grado di internalizzazione e distribuzione delle particelle, un colorante fluorescente noto come verde indocianina (ICG) è stato introdotto nella particella attraverso la sonicazione, risultando nella particella PEG-ICG-IMIQ-LM. La microscopia fluorescente (FL) dotata di un raggio laser ha dimostrato che la particella LM mostrava una forte fluorescenza a varie lunghezze d'onda NIR e distruggeva immediatamente le cellule Colon26. Pertanto, le particelle LM potrebbero non solo fornire in modo efficiente l'immunomodulante, ma potrebbero anche consentirne il tracciamento in tempo reale ed eliminare cellule tumorali specifiche.
Infine, il team ha sviluppato un nanostimolatore immunitario LM poliedrico per la terapia teranostica del cancro. Per fare ciò, hanno aggiunto l’anticorpo anti-ligando-1 della morte programmata (Anti-PD-L1), uno degli inibitori del checkpoint immunitario più promettenti, alla nanoparticella LM fluorescente esistente. La particella modificata, Anti-PD-L1‒PEG–ICG–IMIQ–LM, è stata dispersa in modo efficiente con una fluorescenza significativa. Con l'aumentare del tempo successivo all'irradiazione, la temperatura della superficie del tumore aumentava linearmente, indicando l'effetto antitumorale della nanoparticella.
L'aggiunta di Anti-PD-L1 alla nanoparticella ha consentito il legame della particella LM al PD-L1 sulle cellule tumorali, contrassegnandole per la fagocitosi da parte dei macrofagi e delle cellule dendritiche (DC). Le particelle Anti-PD-L1–PEG–IMIQ–LM indotte dal laser hanno mostrato la rimozione più elevata e completa del cancro, insieme a una guarigione e un recupero più rapidi.
Inoltre, quando il tumore si è ripresentato, i topi trattati con particelle Anti-PD-L1-PEG-IMIQ-LM indotte dal laser hanno mostrato un'efficacia antitumorale sostenuta e una sopravvivenza prolungata.
Discutendo le implicazioni future dello studio, il dottor Miyako afferma:"Crediamo che questi effetti immunologici sinergici e le nanofunzioni ottiche dei LM abbiano ampie applicazioni terapeutiche e potrebbero contribuire a tecnologie teranostiche innovative contro il cancro. Siamo fiduciosi che questa tecnologia sarà disponibile per studi clinici in 10 anni."
Ulteriori informazioni: Yun Qi et al, Immunostimolanti metallici liquidi attivabili dalla luce per la nanoteranostica antitumorale, Materiali funzionali avanzati (2023). DOI:10.1002/adfm.202305886
Informazioni sul giornale: Materiali funzionali avanzati
Fornito dall'Istituto avanzato giapponese di scienza e tecnologia
