Nano-sized 'Navi da carico' per colpire e distruggere i tumori sviluppati

Aprile 8, 2016 Admin Salute 0 5
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Gli scienziati UC San Diego, UC Santa Barbara e il MIT riferiscono che il loro sistema di nano-cargo-nave integra funzioni terapeutiche e diagnostiche in un unico dispositivo che evita rapida rimozione dal sistema immunitario naturale del corpo.

"L'idea prevede l'incapsulamento agenti di imaging e farmaci in una protezione 'nave madre' che sfugge i processi naturali che normalmente rimuovono questi carichi utili se fossero protetti", ha detto Michael Sailor, professore di chimica e biochimica alla UCSD che ha guidato il team di chimici, biologi e ingegneri che ha trasformato il concetto di fantasia in realtà. "Queste navi madre sono solo 50 nanometri di diametro, o 1.000 volte inferiore al diametro di un capello umano, e sono dotate di una serie di molecole sulla loro superficie che consentano loro di trovare e penetrare nelle cellule tumorali nel corpo."




Queste navi da carico microscopiche potrebbe un giorno fornire i mezzi per trasportare più efficacemente farmaci anti-cancro tossici ai tumori in concentrazioni elevate senza compromettere altre parti del corpo.

"Molti farmaci sembrano promettenti in laboratorio, ma non riescono negli esseri umani, perché non raggiungono il tessuto malato nel tempo o in concentrazioni abbastanza elevate per essere efficace", ha detto Sangeeta Bhatia, un medico, bioingegnere e professore di Scienze della Salute e Tecnologia al MIT che ha giocato un ruolo chiave nello sviluppo. "Questi farmaci non sono in grado di evitare le difese naturali del corpo o di discriminare gli obiettivi prefissati dai tessuti sani. Inoltre, ci mancano gli strumenti per rilevare malattie come il cancro nelle prime fasi dello sviluppo, quando le terapie possono essere più efficace. "

I ricercatori hanno progettato scafo delle navi di eludere il rilevamento da loro costruzione di lipidi appositamente modificati - una componente primaria della superficie delle cellule naturali. I lipidi sono stati modificati in modo tale da consentirne la circolazione nel sangue per molte ore prima di essere eliminati. Ciò è stato dimostrato dai ricercatori in una serie di esperimenti con i topi.

I ricercatori hanno anche progettato il materiale dello scafo sia sufficiente per impedire il rilascio accidentale del suo carico forte mentre circola attraverso il flusso sanguigno. Tethered alla superficie dello scafo è una proteina chiamata F3, una molecola che si attacca alle cellule tumorali. Preparato nel laboratorio di Erkki Ruoslahti, un biologo cellulare e professore presso l'Istituto di Burnham per la ricerca medica all'Università di Santa Barbara, F3 è stato progettato in modo specifico a casa sulla superficie delle cellule tumorali e quindi si trasportare nei loro nuclei.

"Stiamo costruendo la prossima generazione di nanodispositivi intelligenti-tumorali di targeting", ha detto Ruoslahti. "Ci auguriamo che questi dispositivi di migliorare la diagnostica per immagini del cancro e permettere Pinpoint il targeting di trattamenti in tumori cancerosi."

I ricercatori hanno caricato le loro navi con tre carichi utili prima di iniettare nei topi. Due tipi di nanoparticelle, ossido di ferro e superparamagnetico punti quantici fluorescenti, sono stati collocati nella stiva della nave, insieme con il farmaco doxorubicina anti-cancro. Le nanoparticelle di ossido di ferro permettono alle navi di presentarsi in una risonanza magnetica, o MRI, scansione, mentre i punti quantici possono essere visti con un altro tipo di strumento di imaging, uno scanner a fluorescenza.

"L'immagine di fluorescenza fornisce una risoluzione superiore a risonanza magnetica", ha detto Sailor. "Si può immaginare un chirurgo che identifica la posizione specifica di un tumore nel corpo prima di un intervento chirurgico con una risonanza magnetica, quindi utilizzando l'imaging di fluorescenza per trovare e rimuovere tutte le parti del tumore durante l'operazione."

Il team ha trovato la sua sorpresa nei suoi esperimenti che una madre single-nave può trasportare più nanoparticelle di ossido di ferro, che aumenta la loro luminosità nell'immagine MRI.

"La capacità di queste nanostrutture a trasportare più di una nanoparticella superparamagnetico li rende più facili da vedere da MRI, che dovrebbe tradursi in diagnosi precoce dei tumori più piccoli", ha detto Sailor. "Il fatto che le navi possono trasportare carichi utili, molto dissimili nanoparticelle magnetiche, un quantum dot fluorescenti, e una piccola molecola di droga è stata una vera sorpresa."

I ricercatori hanno osservato che la costruzione dei cosiddetti "nanosistemi ibridi" che contengono più tipi diversi di nanoparticelle viene esplorato da diversi altri gruppi di ricerca. Mentre gli ibridi sono stati utilizzati per le varie applicazioni di laboratorio al di fuori dei sistemi viventi, ha detto Sailor, ci sono studi limitati fatti in vivo, o all'interno di organismi viventi, in particolare per l'imaging e la terapia del cancro.

"Questo perché dei tempi poveri di stabilità e di breve circolazione nel sangue generalmente osservata per queste nanostrutture più complessi", ha aggiunto. Come risultato, l'ultimo studio è unico in un modo importante.

"Questo studio fornisce il primo esempio di un singolo nanomateriale utilizzato per la somministrazione di farmaci simultanea e multimodale imaging tessuto malato in un animale vivo", ha detto Ji-Ho Park, uno studente laureato in laboratorio di Sailor che faceva parte della squadra. Geoffrey von Maltzahn, uno studente laureato che lavora nel laboratorio di Bhatia, è stato anche coinvolto nel progetto, che è stato finanziato da una sovvenzione da parte del National Cancer Institute dei National Institutes of Health.

Le navi madre nano appaiono singolarmente come un cluster di noce ricoperto di cioccolato, in cui un lipide biocompatibile forma il guscio di cioccolato e nanoparticelle magnetiche, punti quantici e la doxorubicina droga sono i dadi. Essi navigano attraverso il flusso sanguigno in gruppi che, sotto il microscopio elettronico, sembrano piccoli, fili rotti di perle.

I ricercatori stanno ora lavorando sullo sviluppo di modi per trattare chimicamente gli esterni delle navi nano con particolare chimica "codici di avviamento postale," che permetteranno loro di essere consegnati ai tumori specifici, organi e altre parti del corpo.

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