Nano-oncologia: effetto cavallo di Troia

Introduzione

Si parla poco di nano-oncologia ed è per questo che oggi ho deciso di parlarvene qui. Cercherò di essere sintetica e semplice, accompagnandovi in modo infinitamente piccolo, ma con un potenziale enorme sotto il punto di vista delle nuove terapie in ambito oncologico.

Iniziamo con una breve introduzione sulla nanotecnologia, ovvero una branca della scienza indirizzata allo studio di tecnologie piccolissime. La nanotecnologia può essere utilizzata in moltissimi campi, tra cui la biologia. Infatti l’unità di misura utilizzata in questo ambito è il nanometro (nm, 10-9 metri): la stessa scala su cui i sistemi biologici costruiscono i loro componenti strutturali [1].

Scala relativa alle dimensioni di oggetti in nanoscala, microscala e macroscala [2]

Ciò di cui usufruisce la nanotecnologia sono nanoparticelle (NPs), cioè particelle con una dimensione compresa tra 1 e 100 nm. Il loro utilizzo in ambito biologico offre diversi vantaggi, uno dei quali riguarda la capacità di proteggere una sostanza dalla sua degradazione, consentendo il rilascio di quest’ultima in modo controllato.
E quindi perché non utilizzare le NPs per attaccare i tumori? In questo modo otterremmo una terapia mirata alle sole cellule tumorali, aumentandone l’efficacia terapeutica e riducendone gli effetti collaterali.
Perché parlo di “effetto cavallo di Troia”? Perché queste NPs sono ideate proprio per ingannare il tumore. Le NPs possono presentare determinate caratteristiche che permetteranno loro di raggiungere la neoplasia e rilasciare il farmaco all’interno della cellula tumorale.

In poche parole, la cellula non vede arrivare il farmaco e se lo ritrova direttamente al suo interno.

Che cos’è la nano-oncologia?

Vediamo di entrare un po’ più nel dettaglio spiegando come funziona la nano-oncologia, che altro non è che una branca delle nanotecnologie che ha portato allo sviluppo di nanofarmaci per la terapia tumorale.
L’intervallo funzionale in cui deve ricadere la NP terapeutica è quello compreso tra 10 e 100 nm. Parametro assolutamente da non sottovalutare! Perché? Perché ovviamente dobbiamo essere anche in grado di eliminare queste NPs una volta che hanno svolto il loro lavoro. Infatti, diversi studi, hanno dimostrato come questo intervallo dimensionale permetta la loro eliminazione attraverso i reni [3].
Inoltre, NPs di dimensioni tra 10 e 100 nm danno vita al fenomeno chiamato enhanced permeability and retention (EPR) effect, ovvero la capacità di accumularsi passivamente a livello della neoplasia. Come? Semplicemente passando attraverso le fenestrature dei vasi che nutrono il tumore [4]. Quindi, rispettando rigorosamente questi parametri è possibile ottenere NPs in grado di raggiungere le cellule tumorali, rilasciare al loro interno il farmaco trasportato e, dopodiché, essere eliminate dai nostri reni.

Caratteristiche utili per lo sviluppo di NPs in nano-oncologia

Avrete quindi capito che per ottenere una terapia più efficace ed efficiente possibile, è necessario progettare NPs con caratteristiche ben precise. Tra le caratteristiche utili è importante tenere in considerazione cinque punti fondamentali [2]:

  1. Dimensione: le dimensioni molto piccole delle NPs aumentano la biodisponibilità e il tempo di circolazione. Infatti, è stato dimostrato che particelle al di sotto dei 200 nm hanno tempi di circolazione più lunghi rispetto a particelle più grandi;
  2. Forma: le NPs esistono in diverse forme (sfere, dischi, emisfere, cilidri, coni, tubi e fili) e possono essere anche vuote, porose e solide;
  3. Superficie: al diminuire delle dimensioni della NP, la superficie aumenta esponenzialmente. Questa caratteristica può essere scelta strategicamente per aumentare l’interazione con il target biologico;
  4. Stabilità colloidale: permette poche interazioni aspecifiche minimizzando i fenomeni di aggregazione e precipitazione.
  5. Permeabilità: le piccole dimensioni delle NPs possono consentire loro di superare barriere fisiologiche.

In nano-oncologia le NPs sono importantissime come sistemi di trasporto per farmaci (Drug Delivery Systems). Ad oggi, un gran numero di nanocomposti è in fase di studio preclinico in vitro e su modelli animali, mentre una buona parte di questi sono già approvati da parte dell’FDA per l’uso sull’uomo in trials clinici [5].
L’efficacia di un dispositivo terapeutico antitumorale si misura dalla sua capacità di ridurre ed eliminare i tumori senza danneggiare il tessuto sano. Di conseguenza, grazie alla capacità di veicolare il farmaco esattamente dove la loro azione è richiesta, le NPs migliorano l’efficacia del trattamento e diminuiscono gli effetti collaterali che i pazienti oncologici spesso sperimentano con la chemioterapia [6].

Le NPs per il drug delivery

Come vi ho anticipato, il drug delivery su scala nanometrica ha ottimizzato il trasporto di farmaci al sito tumorale. Il vantaggio principale di questi sistemi è dato dalla capacità di trasportare un farmaco in modo selettivo e ad alte concentrazioni al sito bersaglio. Sfruttando questo vantaggio è possibile superare il principale problema legato alle chemioterapie convenzionali, ovvero le dosi elevate e le somministrazioni ripetute. Infatti, durante il trattamento chemioterapico, queste ultime risultano necessarie per avere una concentrazione efficace al sito d’azione, ma causano effetti tossici secondari all’organismo spesso anche molto gravi.

Esistono diverse tipologie di NPs per il Drug Delivery System. Ogni NP presenta vantaggi e svantaggi che devono essere tenuti in considerazione in base al tipo di studio e, quindi, all’uso che se ne vuole fare [7].

Alcune tipologie di NPs per il DDS.

Detto ciò, spero di avervi almeno un poco incuriosito su questa “novità” nel campo delle nuove strategie per la cura dei tumori.
Le terapie innovative sono un argomento che ho particolarmente a cuore. Quindi, se avete curiosità da chiedermi sarò lieta di rispondervi e chiarire qualsiasi vostro dubbio! Anzi, se conoscete terapie in sperimentazione e volete delucidazioni a riguardo fatemelo sapere. Sarò onorata di parlarvene nel mio prossimo articolo.

Fonti

[1] A. Aghebati-Maleki et al., “Nanoparticles and cancer therapy: Perspectives for application of nanoparticles in the treatment of cancers”. doi: 10.1002/jcp.29126

[2] C. L. Ventola et al., “The nanomedicine revolution: part 1 : emerging concepts”. P T. vol. 37, no. 9, pp. 512-25, Sep 2012

[3] D. Venturoli and B. Rippe, “Ficoll and dextran vs globular protein as probe for testing glomerular permselectivity: effects of molecular size, shape, charge and deformability”. doi: 10.1152/ajprenal.00171.2004

[4] J. Fang et al., “The EPR effect: Unique features of tumor blood vessels for drug delivery, factor involved, and limitations and augmentation of the effect”. doi: 10.1016/j.adde.2010.04.009

[5] S. Avvakumova et al., “Biotechnological approaches toward nanoparticle biofunctionalization”. doi: 10.1016/j.tibtech.2013.09.006

[6] J. D. Byrne et al., “Active targeting schemes for nanoparticle systems in cancer therapeutics”. doi: 10.1016/j.addr.2008.08.005

[7] K. Cho et al., “Therapeutic nanoparticles for drug delivery in cancer”. doi: 10.1158/1078-0432.CCR-07-1441