Cancro: la "somministrazione intelligente di farmaci" è in arrivo
Una nuova ricerca apre la strada alla somministrazione di farmaci antitumorali nei tumori con un livello di precisione mai visto prima.
Il nuovo sistema di "rilascio intelligente del farmaco" utilizza una nanocapsula che scaricherà il suo carico di farmaco solo quando incontra due segnali tumorali nella sequenza corretta.
Un documento "prova di principio" - ora pubblicato sulla rivista Scienze chimiche - descrive come il sistema ha funzionato con successo in risposta a una sequenza di due condizioni che si verificano all'interno dei tumori.
La prima condizione era un aumento dell'acidità oltre una determinata soglia e la seconda era la presenza di una sostanza chiamata glutatione, i cui livelli sono più alti in alcuni tipi di tumore.
Il soddisfacimento di queste due condizioni, in questo ordine esatto, informa la nanocapsula che sta entrando in un "microambiente tumorale a più stadi", provocando il rilascio del suo carico di farmaco. Se soddisfa solo una condizione, o le incontra in ordine inverso, non rilascia il farmaco.
L'autore senior dello studio Wei-Hong Zhu, professore di chimica presso la East China University of Science and Technology di Shanghai, e il suo team hanno testato il sistema prima su cellule di laboratorio e poi su topi vivi.
"Nuova generazione di farmaci"
La nanocapsula rilascia marcatori fluorescenti unici - uno quando soddisfa la prima condizione e un altro, diverso quando incontra la seconda - il che significa che il progresso della somministrazione del farmaco può essere seguito accuratamente mentre si verifica.
Ciò apre la possibilità di utilizzare il sistema come un "sensore fluorescente intelligente" per una diagnostica più accurata.
Il Prof. Zhu afferma che lui ei suoi colleghi credono che la ricerca porterà a una "nuova generazione di farmaci" che possono essere programmati per rispondere a stimoli specifici in modo logico.
Uno dei motivi per cui il loro nuovo sistema porta la somministrazione del farmaco a un altro livello è perché utilizza la "logica AND basata su sequenza" e non la logica OR per attivare il rilascio del farmaco.
Un sistema di somministrazione che utilizza la logica OR rilascia il farmaco quando soddisfa una delle condizioni a cui è programmato per rispondere.
Con la logica AND basata sulla sequenza, invece, il sistema rilascia il farmaco solo quando entrambe le condizioni sono soddisfatte nella sequenza corretta.
Gli scienziati suggeriscono che questo approccio protegge meglio il farmaco da "ambienti distruttivi e interazioni indesiderate" e garantisce un'attivazione più accurata del rilascio "quando necessario".
Come funziona
Sebbene sia conveniente descrivere il sistema di somministrazione del farmaco come una "nanocapsula che racchiude un carico di droga", non è esattamente così che funziona.
Il sistema in realtà comprende lunghe molecole composte da tre parti. Il primo emette un segnale fluorescente, il secondo è un "profarmaco" e il terzo è una lunga "coda polimerica". Il profarmaco viene metabolizzato nel farmaco antitumorale quando viene rilasciato.
Risponde in modo "ultra sensibile" ai cambiamenti di pH o acidità. E quando si sposta dal flusso sanguigno (dove l'acidità è inferiore) all'ambiente tumorale (dove l'acidità è maggiore), rileva il calo del pH.
Sebbene il pH sia superiore alla soglia programmata, le molecole lunghe formano una forma chiamata "micella". Questo assomiglia a una sfera, con tutte le code di polimero all'esterno e le unità fluorescenti al centro. In questa formazione, il segnale fluorescente viene soppresso.
Ma quando la micella entra in un ambiente in cui il pH scende al di sotto di una certa soglia, la formazione viene annullata e le lunghe molecole vengono liberate.
La prima cosa che accade è che il segnale fluorescente non sarà più soppresso e potrà essere rilevato. Indica che la prima condizione della logica AND (calo del pH) è stata soddisfatta.
La liberazione delle molecole lunghe permette alla seconda condizione, una volta soddisfatta, di avere effetto. In questo caso, l'esposizione al glutatione interrompe il legame tra la molecola lunga e il profarmaco. Una volta lanciato, il profarmaco è quindi libero di metabolizzarsi nel farmaco antitumorale attivo.
Due segnali fluorescenti
Perdere il profarmaco significa che la molecola lunga si accorcia, provocando uno spostamento nel "colore", o lunghezza d'onda, del segnale fluorescente - che viene ancora emesso - "dal verde al rosso porpora". Questo segnala che la seconda condizione della logica AND è stata soddisfatta nella giusta sequenza.
Gli autori fanno notare che questa fluorescenza a doppia lunghezza d'onda rende il sistema "adatto per l'esecuzione di bioimmagini tridimensionali in tempo reale", che può essere un "potente strumento per un'accurata diagnostica della malattia, soprattutto per lesioni sospette".
Quando il team ha testato il sistema nelle cellule e nei topi vivi, ha scoperto che mostrava "un'eccellente capacità di targeting tumorale multistadio". Nei topi, ha anche mostrato "un significativo aumento dell'attività antitumorale [...] che ha quasi sradicato il tumore".
"Questa nanosonda del senso della logica fornisce un prototipo per lo sviluppo di sonde biosensoriali intelligenti in vivo per sistemi di somministrazione di farmaci programmabili precisi".
Prof. Wei-Hong Zhu
