Cancro: “consegna intelligente di farmaci” è in arrivo

Una nuova ricerca apre la strada alla consegna di farmaci antitumorali nei tumori con un livello di precisione mai visto prima.

Il nuovo sistema di “consegna intelligente del farmaco” utilizza una nanocapsula che scarica il suo carico di droga solo quando incontra due segnali tumorali nella sequenza corretta.

Un “proof-of-principle” paper – ora pubblicato sulla rivista Scienze Chimiche – descrive come il sistema eseguito con successo in risposta ad una sequenza di due condizioni che si verificano all’interno dei tumori.

La prima condizione era un aumento dell’acidità su una soglia particolare, e la seconda era la presenza di una sostanza chiamata glutatione, i cui livelli sono più alti in alcuni tipi di tumore.

Soddisfare queste due condizioni – in questo preciso ordine – informa la nanocapsula che sta entrando in un “microambiente tumorale multistadio”, provocando il rilascio del suo carico di droga. Se soddisfa solo una condizione, o le soddisfa in ordine inverso, non rilascia il farmaco.

L’autrice senior dello studio Wei-Hong Zhu, professore di chimica all’Università della Scienza e della Tecnologia della Cina orientale a Shanghai, e il suo team hanno testato il sistema prima nelle cellule di laboratorio e poi nei topi vivi.

‘Nuova generazione di droghe’

La nanocapsula rilascia marcatori fluorescenti unici – uno quando incontra la prima condizione, e un altro, diverso quando incontra il secondo – il che significa che il progresso della somministrazione del farmaco può essere seguito con precisione come accade.

Ciò apre la possibilità di utilizzare il sistema come “sensore fluorescente intelligente” per una diagnostica più accurata.

Il Prof. Zhu dice che lui ei suoi colleghi credono che la ricerca porterà a una “nuova generazione di farmaci” che può essere programmata per rispondere a stimoli specifici in modo logico.

Uno dei motivi per cui il loro nuovo sistema porta la somministrazione di farmaci a un altro livello è perché utilizza “logica AND basata su sequenze” e non logica OR per attivare il rilascio di farmaci.

Un sistema di consegna che utilizza la logica OR rilascia il farmaco quando soddisfa una delle condizioni a cui è programmato rispondere.

Con la logica AND basata su sequenza, d’altra parte, il sistema rilascia il farmaco solo quando entrambe le condizioni sono soddisfatte nella giusta sequenza.

Gli scienziati suggeriscono che questo approccio protegge meglio il farmaco da “ambienti distruttivi e interazioni indesiderate” e garantisce un innesco più accurato del rilascio “quando necessario”.

Come funziona

Sebbene sia conveniente descrivere il sistema di somministrazione di farmaci come una “nanocapsula che racchiude un carico di droga”, questo non è strettamente il modo in cui funziona.

Il sistema comprende in realtà 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 si metabolizza nel farmaco antitumorale quando viene rilasciato.

Risponde “ipersensibilmente” ai cambiamenti di pH o acidità. E quando si sposta dal flusso sanguigno (dove l’acidità è più bassa) all’ambiente tumorale (dove l’acidità è più alta), percepisce la caduta del pH.

Mentre il pH è superiore alla soglia programmata, le molecole lunghe formano una forma chiamata “micella”. Questo assomiglia a una sfera, con tutte le code polimeriche 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 rilasciate.

La prima cosa che succede è che il segnale fluorescente non sarà più soppresso e può essere rilevato. Indica che la prima condizione della logica AND (calo del pH) è stata soddisfatta.

La liberazione delle lunghe molecole consente alla seconda condizione, quando incontrata, di avere un effetto. In questo caso, l’esposizione al glutatione recide 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 diventa più corta, causando 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 osservano che questa fluorescenza a doppia lunghezza d’onda rende il sistema “adatto per l’esecuzione di bioimaging tridimensionale in tempo reale”, che può essere un “potente strumento per un’accurata diagnostica della malattia, specialmente per le lesioni sospette”.

Quando il team ha testato il sistema nelle cellule e nei topi vivi, ha scoperto che esibiva “un’eccellente capacità di targeting per tumore multistadio”. Nei topi, mostrava anche “un significativo potenziamento dell’attività antitumorale […] che stava quasi sradicando il tumore”.

“Questa nanosonda senso-di-logica fornisce un prototipo per lo sviluppo di sonde di biosensing intelligenti in vivo per sistemi di somministrazione di farmaci programmabili.”

Prof. Wei-Hong Zhu