Nanoparticelle calde per le terapie contro il cancro

Se si chiude la mano intorno a una torcia, la mano sembra brillare di rosso. Questo perché la luce rossa a onde lunghe penetra meglio nei tessuti umani rispetto alla luce blu a onde corte. I ricercatori dell'ETH stanno sfruttando questo fatto con un nuovo tipo di nanoparticelle: Queste cosiddette particelle plasmoniche assorbono la luce nel vicino infrarosso e si riscaldano nel processo. Potrebbero, ad esempio, uccidere il tessuto tumorale utilizzando il calore.

L'oro è un materiale molto utilizzato per le nanoparticelle a scopo terapeutico. ? ben tollerato e generalmente non provoca reazioni indesiderate. Tuttavia, nella forma sferica tipica delle nanoparticelle, l'oro non ha le proprietà necessarie per funzionare come particella plasmonica che assorbe una quantità di luce nell'intervallo dell'infrarosso sufficiente a riscaldarsi. Per farlo, deve essere modellato in una forma speciale, come un'asta o un guscio. In questo modo gli atomi d'oro adottano una configurazione che assorbe la luce nella gamma degli infrarossi e genera calore. Tuttavia, produrre tali nanorod o nanogusci in quantità sufficienti è complesso e costoso.

Aggregati invece di bastoncini

Un team di ricercatori guidato da Sotiris Pratsinis, professore di tecnologia delle particelle presso l'Istituto di ingegneria dei processi, ha ora trovato un trucco per produrre grandi quantità di particelle d'oro plasmoniche. Hanno utilizzato il loro know-how esistente per le particelle plasmoniche (vedi articolo di l'ETH Life: Nano-argento per la terapia e la diagnostica) e ha prodotto particelle d'oro sferiche con le proprietà plasmoniche desiderate nel vicino infrarosso aggregando le particelle. In precedenza, ogni singola particella è stata rivestita con uno strato di biossido di silicio, che fungeva da segnaposto tra le singole sfere dell'aggregato. Determinando con precisione la distanza tra diverse particelle d'oro, i ricercatori hanno portato le particelle in una configurazione che assorbe la luce infrarossa e genera calore.

"Il guscio di biossido di silicio ha un altro vantaggio", spiega Georgios Sotiriou, primo autore dello studio, fino a poco tempo fa postdoc presso Pratsinis e ora ricercatore all'Università di Harvard. "Questo è un problema particolare delle nanorods. Se i bastoncini perdono la loro forma quando vengono riscaldati con la luce infrarossa, perdono le proprietà plasmoniche specificamente desiderate e non possono più assorbire una quantità sufficiente di luce nel vicino infrarosso.

I ricercatori hanno già testato le nuove particelle su cellule di cancro al seno in una piastra di Petri e sono riusciti a dimostrare che le nanoparticelle si sono riscaldate abbastanza da uccidere le cellule dopo l'irradiazione con luce infrarossa. Al contrario, le cellule sono sopravvissute negli esperimenti di controllo: con le particelle, ma senza irradiazione, e con l'irradiazione, ma senza nanoparticelle.

Combinazione dal grande potenziale

Per poter indirizzare le particelle in modo specifico verso il tessuto canceroso, i ricercatori hanno anche mescolato particelle superparamagnetiche di ossido di ferro alle particelle d'oro. Questo permette ai nanoaggregati di essere controllati dai campi magnetici e di arricchirsi così in un tumore. Si apre anche la possibilità di riscaldare gli aggregati negli strati profondi del tessuto, dove la luce infrarossa non penetra più, utilizzando l'ipertermia magnetica. Il calore è generato da un campo magnetico i cui poli positivi e negativi si alternano a ritmo rapido.

"Ci sono ancora molte domande a cui rispondere prima che le particelle possano essere utilizzate nell'uomo", afferma Jean-Christophe Leroux, professore di formulazione e somministrazione di farmaci presso l'Istituto di scienze farmaceutiche e anch'egli coinvolto nel lavoro di ricerca. Sebbene l'oro, l'ossido di silicio e l'ossido di ferro siano ben tollerati, è ancora necessario studiare cosa succede agli aggregati di particelle nell'organismo nel corso del tempo, ad esempio se si accumulano nel fegato o si disintegrano e vengono escreti.

Le nanoparticelle d'oro all'ossido di ferro non solo possono uccidere le cellule tumorali attraverso il calore, ma potrebbero anche essere utilizzate come agente di contrasto per le procedure di diagnostica per immagini con la risonanza magnetica, che è in fase di sperimentazione in collaborazione con l'Ospedale universitario di Zurigo, o potrebbero servire come componente di veicoli per farmaci. "Le particelle potrebbero essere accoppiate a vettori di farmaci sensibili alla temperatura che rilasciano il farmaco desiderato quando viene superata una certa temperatura", spiega Sotiriou. Le nanoparticelle potrebbero essere dirette tramite campi magnetici verso la posizione desiderata nel corpo, ad esempio verso un organo malato, e rilasciare un farmaco in modo mirato. In questo modo si potrebbero ridurre o addirittura prevenire gli effetti collaterali indesiderati sul resto dell'organismo.