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Efficacia dei farmaci amplificata dall’utilizzo di nanoparticelle che puntano la 'Centrale Energetica' delle cellule
Le nanoparticelle hanno mostrato un grande potenziale nella somministrazione mirata di farmaci alle cellule, ma i ricercatori della University of Georgia hanno ulteriormente affinato il processo di trasporto del farmaco utilizzando nanoparticelle per portare i farmaci a un organello specifico all'interno delle cellule.
Prendendo di mira i mitocondri, spesso chiamati "centrale energetica delle cellule", i ricercatori possono aumentare l'efficacia delle terapie che fanno agire i mitocondri, utilizzate per curare il cancro, l’Alzheimer e l'obesità, in studi condotti con cellule in coltura.
"Il mitocondrio è un organello complesso molto difficile da raggiungere, ma queste nanoparticelle sono state progettate in modo da fare il lavoro giusto al posto giusto", ha detto l'autrice senior Shanta Dhar, assistente professoressa di chimica al Franklin College of Arts and Sciences della UGA. La Dhar e il co-autore, studente di dottorato Sean Marrache, ha utilizzato un polimero biodegradabile, approvato dalla FDA per fabbricare le nanoparticelle e le ha poi utilizzate per incapsulare e testare farmaci che trattano una varietà di condizioni. I risultati sono stati pubblicati questa settimana nell’edizione anticipata della rivista Proceedings of National Academy of Sciences.
Per verificare l'efficacia del loro sistema che punta il farmaco contro il cancro, hanno incapsulato il farmaco lonidamina, che agisce inibendo la produzione di energia nei mitocondri, e, separatamente, una forma di vitamina E antiossidante. Hanno quindi trattato cellule tumorali in coltura e hanno trovato che il puntamento mitocondriale aumenta l'efficacia dei farmaci di più di 100 volte rispetto ai soli farmaci e di cinque volte rispetto al trasporto di farmaci con nanoparticelle che puntano l'esterno delle cellule.
Analogamente, il composto curcumina ha mostrato risultati promettenti inibendo la formazione delle placche amiloidi che sono un segno di Alzheimer, ma si degrada rapidamente in presenza di luce ed è scomposto rapidamente dall'organismo. Incapsulando la curcumina nelle nanoparticelle che puntano ai mitocondri, tuttavia, i ricercatori sono stati in grado di ripristinare la capacità delle cellule cerebrali in coltura di sopravvivere nonostante la presenza di un composto che favorisce la formazione della placca. Quasi il 100 per cento delle cellule trattate con le nanoparticelle che puntano i mitocondri, sono sopravvissute alla presenza del composto che induce la placca, rispetto al 67 per cento delle cellule trattate con curcumina libera e il 70 per cento delle cellule trattate con nanoparticelle che colpiscono l'esterno delle cellule.
Infine, i ricercatori hanno incapsulato il farmaco anti-obesità 2,4-DNP (che agisce inducendo la produzione di energia nei mitocondri in modo meno efficiente) nelle loro nanoparticelle e hanno scoperto che ha ridotto la produzione di grassi da parte delle cellule in coltura (note come preadipociti) del 67 per cento rispetto alle cellule trattate con il farmaco da solo e del 61 per cento delle cellule trattate con nanoparticelle che colpiscono l'esterno delle cellule.
"Molte malattie sono associate alla disfunzione dei mitocondri, ma molti dei farmaci che agiscono sui mitocondri non possono raggiungerli", ha detto Marrache. "Invece di cercare di alterare i farmaci, riducendone l’efficacia, li incapsuliamo in queste nanoparticelle e li portiamo con precisione ai mitocondri”.
La Dhar ha detto che portare farmaci ai mitocondri non è un'impresa semplice. Dopo essere entrate nelle cellule, le nanoparticelle entrano in un centro di smistamento noto come endosoma. La prima cosa la Dhar e Marrache dovevano dimostrare era che le nanoparticelle sfuggono all’endosoma e non finiscono nel centro di raccolta delle cellule, il lisosoma.
I mitocondri sono protetti da due membrane, separate da uno spazio interstiziale. La membrana esterna consente di passare solo a molecole di una certa dimensione, mentre la membrana interna consente di passare solo a molecole di una determinata gamma di cariche. I ricercatori hanno costruito una biblioteca di nanoparticelle e le hanno testate fino a quando non hanno identificato la gamma di dimensioni ottimali (da 64 a 80 nanometri, circa 1.000 volte più sottili rispetto alla larghezza di un capello umano) e la carica ottimale della superficie, oltre 34 millivolt.
La Dhar rileva che i componenti usati per creare le nanoparticelle sono approvati dalla FDA e che i loro metodi sono altamente riproducibili e, pertanto, hanno il potenziale per essere tradotti in ambito clinico. I ricercatori stanno attualmente testando il loro sistema mirato di trasporto nei roditori e dicono che i risultati preliminari sono promettenti. "Le disfunzioni mitocondriali causano molte malattie negli esseri umani" dice la Dhar, "quindi ci sono diverse applicazioni potenziali di questo sistema di trasporto".
La ricerca è stata finanziata dal National Institutes of Health (sovvenzione di avvio P30 GM 092378) e dall'Ufficio del Vice Presidente per la Ricerca della UGA.
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Fonte: Materiale della University of Georgia. Articolo originale scritto da Sam Fahmy.
Riferimento: S. Marrache, S. Dhar. Engineering of blended nanoparticle platform for delivery of mitochondria-acting therapeutics. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2012; DOI: 10.1073/pnas.1210096109.
Pubblicato in ScienceDaily il 19 Settembre 2012 - Traduzione di Franco Pellizzari.
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