Cancro-Immagine: nuove nanoparticelle biodegradabili per la terapia fotodinamica che entrano nelle cellule tumorali e “chiudono” le loro centrali elettriche mitocondriali co-progettate dai ricercatori della Università della tecnologia di Eindhoven.
Un emergente trattamento nanomedico, la terapia fotodinamica del cancro, prevede l’iniezione di minuscole nanoparticelle che trasportano composti che possono avvelenare le cellule cancerose, ha molti vantaggi. Questa cosiddetta terapia fotodinamica (PDT) non è tossica e non comporta interventi chirurgici invasivi. Un team guidato da Jan van Hest della Eindhoven University of Technology in collaborazione con ricercatori cinesi e britannici ha progettato una nuova nanoparticella PDT che attacca le cellule cancerose in un modo nuovo: le nanoparticelle entrano nelle cellule e spengono le loro centrali elettriche – i loro mitocondri – rendendo la terapia molto più efficace.
Questa nuova ricerca è stata pubblicata su Angewandte Chemie.
Immagina una città alimentata da un gruppo di centrali elettriche. Se tutte le stazioni vengono chiuse contemporaneamente per un motivo, ci sarà un blackout in tutta la città. La città si fermerà, potrebbe derivarne il caos, ma soprattutto, la città non funzionerà come dovrebbe. Ogni cellula del nostro corpo può essere vista come una piccola città. Invece di edifici, una cellula contiene organelli come il nucleo e i ribosomi. Le “centrali elettriche” delle cellule sono i mitocondri, che generano il carburante sotto forma di adenosina trifosfato (ATP). Se i mitocondri si spengono improvvisamente, la cellula va incontro a morte certa, che si tratti di una cellula sana o di una cellula cancerosa.
Questo è esattamente ciò a cui miravano Jan van Hest, che guida l’Institute for Complex Molecular Systems (ICMS) presso l’Università della tecnologia di Eindhovene e il suo team di ricerca in collaborazione con ricercatori cinesi e britannici in un nuovo approccio per un trattamento emergente del cancro, chiamato terapia fotodinamica (PDT).
Terapia fotodinamica
La PDT è un’alternativa non tossica e non invasiva agli attuali trattamenti per eliminare le cellule tumorali come la chemioterapia, la radioterapia e la chirurgia elettiva. Per il paziente, questi trattamenti possono avere numerosi effetti collaterali che influiscono sulla qualità della vita, ma fortunatamente sono in via di sviluppo opzioni meno abrasive.
Nella PDT, al paziente vengono iniettate minuscole nanoparticelle che trasportano fotosensibilizzanti (un materiale che reagisce alla luce). Quando le nanoparticelle si raccolgono vicino alle cellule cancerose, vengono illuminate con luce laser e producono una forma specifica di ossigeno, che è tossica per le cellule cancerose e alla fine porta alla loro morte.
Alla Università della tecnologia di Eindhoven, Jan van Hest e il suo gruppo di ricerca hanno compiuto progressi costanti nel miglioramento dell’approccio PDT, come dimostrato da uno studio pubblicato su ACS Nano lo scorso anno.
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Spegnere le cellule tumorali
Tuttavia, progettando nanoparticelle PDT per entrare nelle cellule cancerose e distruggere i loro mitocondri che forniscono energia, le cellule possono essere rapidamente “spente. In altre parole, le nanoparticelle potrebbero uccidere le cellule cancerose in modo più mirato e veloce.
“La sfida principale con questa ricerca è stata capire come ottenere una nanoparticella PDT all’interno della cellula cancerosa e, una volta all’interno della cellula, dirigere la nanoparticella ai mitocondri”, afferma van Hest. “Una volta vicino ai mitocondri, il carico fotosensibilizzante delle nanoparticelle può essere attivato usando la luce, che poi avvelena il microambiente dei mitocondri e interrompe l’importantissima alimentazione della cellula”.
L’importanza della fluorescenza
Il team ha sviluppato un modo per fabbricare le nanoparticelle come polimeri biodegradabili, sfere vuote che possono trasportare farmaci, proteine o un fotosensibilizzatore.
Tuttavia, a differenza delle precedenti nanoparticelle, le nuove versioni sono progettate per diventare fluorescenti quando gli elementi costitutivi di cui sono composti vengono assemblati.
Questo processo fluorescente è noto come emissione indotta dall’aggregazione e la risposta all’emissione rende più facile tracciare la posizione delle nanoparticelle nei tessuti.
Per dirigere rapidamente le nanoparticelle ai mitocondri all’interno della cellula, il team ha attaccato molecole di piridinio alla superficie delle nanoparticelle. Una volta che le nanoparticelle si raccolgono nei mitocondri, il loro carico fotosensibilizzante può essere attivato con una luce laser e avvelenare efficacemente il microambiente nella cellula cancerosa. La nuova ricerca ha dimostrato con successo questo processo per esperimenti sia in vitro che in vivo.
Contemplando trattamenti futuri
Tuttavia, van Hest è pronto a sottolineare che anche se la PDT è un nuovo trattamento rivoluzionario non invasivo, c’è ancora bisogno di altri trattamenti. “Questo lavoro è un passo successivo nello sviluppo di nanoparticelle PDT efficaci. Come trattamento funzionerebbe meglio in combinazione con le terapie esistenti. È importante sottolineare che ridurrebbe la dipendenza dai trattamenti con radiazioni e dalla chemioterapia”.
“Abbiamo ancora bisogno di terapie più selettive ed efficaci per curare il cancro. La PDT ha il potenziale per essere selettiva e accurata in termini di target ed eliminazione delle cellule cancerose”, aggiunge van Hest. “Questa ricerca mostra che possiamo progettare efficacemente i materiali necessari per costruire nanoparticelle autoassemblate con un’elevata efficacia quando si tratta di uccidere le cellule cancerose”.
Naturalmente, questi risultati motivano ulteriori ricerche e sviluppi sulle nanoparticelle, il loro monitoraggio e la loro efficacia. Quando si tratta dei mitocondri o delle centrali elettriche delle cellule tumorali, il loro futuro non sembra molto brillante. Le loro luci potrebbero essere sul punto di spegnersi.
Fonte: Angewandte Chemie
