I ricercatori del NUS stanno sviluppando nanoparticelle con codice a barre del DNA per la terapia mirata del cancro

I ricercatori del NUS stanno sviluppando nanoparticelle con codice a barre del DNA per la terapia mirata del cancro

Un team di ricercatori dell’Università Nazionale di Singapore (NUS) ha sviluppato un nuovo metodo per migliorare la precisione del trattamento del cancro utilizzando nanoparticelle d’oro etichettate con codici a barre del DNA.

Guidato dal professore assistente Andy Tay del Dipartimento di ingegneria biomedica del College of Design and Engineering e dell’Institute of Health Innovation & Technology della NUS, lo studio dimostra il riscaldamento delle cellule tumorali durante la terapia fototermica. Questi risultati hanno rivelato le diverse preferenze delle cellule tumorali per determinate configurazioni di nanoparticelle, che potrebbero consentire lo sviluppo di trattamenti antitumorali personalizzati più sicuri ed efficaci.

La nuova tecnica del team, rivelata in un articolo pubblicato nelMateriali funzionali avanzatiIl 24 novembre 2024, consente lo screening ad alto rendimento di forme, dimensioni e cambiamenti delle nanoparticelle, riducendo i costi di screening associati. Oltre al trattamento del cancro, il metodo ha applicazioni terapeutiche più ampie, tra cui il rilascio di RNA e il targeting della malattia a livello organo-specifico.

Le dimensioni e la forma contano

L'oro è molto più che un semplice bling. Quando le nanoparticelle d’oro vengono ridotte a circa un millesimo della larghezza di un capello umano, brillano come agenti terapeutici per la terapia del cancro. Ad esempio, cerotti del metallo prezioso vengono utilizzati nella terapia fototermica, in cui le particelle consegnate al sito del tumore convertono specifiche lunghezze d’onda della luce in calore, uccidendo le cellule tumorali circostanti. Le nanoparticelle d’oro possono anche fungere da messaggeri di farmaci per somministrare farmaci direttamente in posizioni specifiche all’interno di un tumore.

Tuttavia, affinché queste nanoparticelle dorate funzionino, devono prima entrare con successo nei siti target. Consideralo come un fattorino con una chiave speciale: se la chiave non si adatta alla serratura, il pacco non passerà. “

Professore assistente Andy Tay, Dipartimento di ingegneria biomedica, College of Design and Engineering e Institute of Health Innovation and Technology presso NUS

Per raggiungere questo livello di precisione, è necessario trovare il giusto design delle nanoparticelle: la sua forma, dimensione e proprietà della superficie devono corrispondere alle preferenze delle cellule bersaglio. Tuttavia, i metodi di screening esistenti per determinare i progetti ottimali sono come cercare gli aghi in un pagliaio. Inoltre, questi metodi spesso non tengono conto delle preferenze dei diversi tipi di cellule all’interno di un tumore, da quelle immunitarie a quelle endoteliali a quelle tumorali.

Per affrontare queste sfide, i ricercatori della NUS si sono rivolti al codice a barre del DNA. Ogni nanoparticella è contrassegnata con una sequenza di DNA unica, che ha permesso ai ricercatori di contrassegnare e tracciare i singoli progetti, in modo simile alla registrazione di un pacco pronto per essere inviato per posta in un sistema di consegna. È importante sottolineare che questi codici a barre hanno permesso al team di monitorare simultaneamente più progetti di nanoparticelle in vivo perché le loro sequenze potevano essere facilmente estratte e analizzate per individuare le posizioni delle nanoparticelle nel corpo.

"Abbiamo utilizzato la funzionalizzazione dei tioli per ancorare in modo sicuro i codici a barre del DNA alla superficie delle nanoparticelle d'oro. Ciò garantisce il lavoro del team.

Per dimostrarlo, i ricercatori hanno presentato nanoparticelle in sei diverse forme e dimensioni, di cui sono stati monitorati la distribuzione e l'assorbimento tra diversi tipi di cellule. Hanno scoperto che, nonostante la scarsa diffusione negli studi sulle colture cellulari, le nanoparticelle rotonde erano eccellenti per i tumori nei modelli preclinici perché avevano meno probabilità di essere eliminate dal sistema immunitario. D'altra parte, nanoparticelle triangolari sono emerse sia da test in vitro che in vivo, con conseguente elevato assorbimento cellulare e forti proprietà fototermiche.

Rendere più sicuri i trattamenti contro il cancro

Il lavoro del team mette in luce le interazioni tra le nanoparticelle nei sistemi biologici e la necessità di colmare le discrepanze tra i risultati in vitro e in vivo, come evidenziato dalle nanoparticelle d'oro rotonde rivelate dalle nanoparticelle d'oro rotonde. Questi risultati potrebbero guidare lo sviluppo di nanoparticelle che cambiano forma o di progetti intermedi su misura per ottimizzare le diverse fasi della somministrazione del farmaco.

Inoltre, la ricerca mette in luce il potenziale non sfruttato di esplorare le forme delle nanoparticelle oltre le sfere che dominano quelle approvate dalla Food and Drug Administration statunitense. Il metodo di codifica a barre del DNA dei ricercatori potrebbe estendersi anche ad altre nanoparticelle inorganiche come ferro e silice in vivo, ampliando la portata della somministrazione di farmaci e della medicina di precisione.

Guardando al futuro, i ricercatori stanno espandendo la loro libreria di nanoparticelle con 30 progetti per identificare candidati che possano colpire gli organelli subcellulari. Quelli idonei vengono poi testati per verificarne l'efficacia nel silenziamento genico e nella terapia fototermica per il cancro al seno. Il professor Tay ha anche condiviso che i risultati potrebbero migliorare significativamente la nostra comprensione della biologia dell’RNA e il progresso delle tecniche di rilascio dell’RNA, che vengono sempre più applicate in ambito terapeutico per il trattamento di varie malattie.

“Abbiamo affrontato una sfida chiave nel trattamento del cancro: presentare farmaci specifici per i tessuti tumorali con maggiore efficienza”, ha affermato il professor Tay. "Il tallone d'Achille dei farmaci esistenti basati su nanoparticelle è il presupposto di una somministrazione uniforme in tutti gli organi, ma la realtà è che diversi organi rispondono in modo diverso. Progettare nanoparticelle dalla forma ottimale per il targeting organo-specifico migliora la sicurezza e l'efficacia dei nanoterapici antitumorali per il trattamento del cancro - e oltre."

Fonti: