Un team di ricercatori multi-centro, che comprende ricercatori del Medical Center della Columbia University (CUMC), del Brigham and Women's Hospital (BWH), della Mount Sinai School of Medicine, e del Massachusetts Institute of Technology, ha messo a punto delle nanoparticelle biodegradabili, che sono in grado di portare farmaci atti a ridurre infiammazione ai siti con danno tissutale.
Le nanoparticelle, testate con successo nei topi, hanno il potenziale di trattare una vasta gamma di malattie caratterizzate da infiammazione eccessiva, come l'aterosclerosi, l'Alzheimer e il diabete di tipo 2.
Lo studio è stato pubblicato il 18 Marzo nell'edizione online di Proceedings of National Academy of Sciences. L'infiammazione acuta è uno dei modi fondamentali con cui il corpo si protegge dalle infezioni o dalle lesioni. Teoricamente questa risposta all'inizio promuove l'eliminazione degli agenti patogeni o del tessuto danneggiato, e poi, attraverso un processo chiamato risoluzione dell'infiammazione, elimina i detriti cellulari e i mediatori infiammatori e ripristina il tessuto al suo stato normale. Tuttavia, in molte condizioni, tra cui le malattie cardiache, l'artrite e le malattie neurodegenerative, il processo infiammatorio non si risolve mai, con conseguente danno tissutale.
"Si possono usare vari farmaci per controllare l'infiammazione. Tali trattamenti, tuttavia, di solito hanno effetti collaterali significativi e smorzano gli aspetti positivi della risposta infiammatoria", scrive il co-autore senior Ira Tabas (foto a sinistra), MD, PhD, Professore "Richard J. Stock" del Dipartimento di Medicina, e professore di Patologia e Biologia Cellulare (in Fisiologia e Biofisica Cellulare) al CUMC. L'altro co-autore senior è Omid Farokhzad (foto a destra), MD, Professore Associato di Anestesia e Direttore del Laboratorio di Nanomedicina e Biomateriali al Brigham and Women Hospital (BWH).
Per superare questi ostacoli, i ricercatori hanno implementato due scoperte. Per primo, sulla sulla base di un'idea della co-autrice Gabrielle Fredman, PhD, post-dottorato al CUMC, hanno approfittato di un peptide 24-amino-acido, l'Ac2-26, derivato da una proteina naturale mediatrice della risoluzione dell'infiammazione chiamata annessina A1. In secondo luogo, piuttosto che iniettare semplicemente il peptide "nudo" nei topi feriti, hanno confezionato il peptide in nanoparticelle, progettate dal gruppo del BWH, che possono portare i farmaci ai siti con danno tissutale.
Alle nanoparticelle è stata data questa capacità con l'aggiunta di due componenti: una che conferisce loro proprietà di tipo traparenza, consentendo loro di evitare il rilevamento e l'eliminazione da parte dei globuli bianchi e del fegato; e una seconda che dà loro la possibilità di puntare il collagene IV, una proteina presente nei siti di danno tissutale. Ogni nanoparticella è inferiore a 100 nanometri di diametro, un 1/100.000 del diametro di un capello umano.
Le nanoparticelle sono state testate su topi con peritonite (infiammazione del peritoneo, il tessuto sottile che riveste la parete interna dell'addome) o ischemia-riperfusione degli arti posteriori (danni ai tessuti causati dal ritorno dell'afflusso di sangue al tessuto dopo un periodo di ischemia, o mancanza di ossigeno). Nei topi con peritonite, la somministrazione per via endovenosa di Ac2-26-contenente nanoparticelle è significativamente più efficace nel limitare il reclutamento di neutrofili (un tipo di globuli bianchi infiammatori) e l'aumento della risoluzione dell'infiammazione, di quanto non fosse la somministrazione endovenosa di Ac2-26 nudo. Nei topi con riperfusione, le nanoparticelle hanno ridotto il danno tissutale meglio di entrambi i tipi di nanoparticelle di controllo: quelli con un peptide dov'erano codificati i 24 aminoacidi per renderlo biologicamente inattivo e le nanoparticelle Ac2-26 senza il componente che punta il collagene IV.
"Queste nanoparticelle polimeriche mirate sono in grado, a dosi molto basse, di evitare che i neutrofili (la forma più abbondante di cellule bianche del sangue) si infiltrino nei siti di malattia o infortunio", dice il co-autore Nazila Kamaly, PhD, post-dottorato al BWH. "Questa azione impedisce ai neutrofili di secernere ulteriori molecole di segnalazione che possono portare ad uno stato iper-infiammatorio costante e a ulteriori complicazioni della malattia".
"Il bello di questo approccio è che, a differenza di molti altri approcci con farmaci anti-infiammatori, si avvale del disegno proprio della natura per prevenire i danni indotti da infiammazione, fatto che non compromette la difesa dell'ospite e favorisce la riparazione dei tessuti", dice il Dott. Tabas.
Anche se le nanoparticelle si diffondono nei tessuti di tutto il corpo, tendono a concentrarsi nelle aree di infiammazione. "In teoria, questo dovrebbe consentire ai medici di usare dosi di farmaci più piccole del solito e ridurre gli effetti collaterali indesiderati", scrive il Dott. Fredman.
Il team sta attualmente progettando nanoparticelle per il trattamento dell'aterosclerosi. Studi preliminari dimostrano che le nanoparticelle sono in grado di colpire le placche aterosclerotiche. Gli autori hanno depositato un brevetto per nanoparticelle polimeriche mirate per la risoluzione dell'infiammazione, per trattare una varietà di malattie infiammatorie croniche, che comprendono l'aterosclerosi, la malattia autoimmune, il diabete di tipo 2, e l'Alzheimer.
Gli altri partecipanti sono Manikandan Subramanian (CUMC), Suresh Gadde (BWH), Aleksandar Pesic (BWH), Louis Cheung (BWH), Zahi Adel Fayad (Mount Sinai School of Medicine), e Robert Langer (Massachusetts Institute of Technology). Questa ricerca è stata finanziata da un fondo del Programma di Eccellenza in Nanotecnologie del National Heart, Lung, and Blood Institute, dal National Institutes of Health, e dalla David Koch-Prostate Cancer Foundation.
Fonte: Columbia University Medical Center.
Riferimento: Gabrielle Fredman, Nazila Kamaly, Manikandan Subramanian, Suresh Gadde, Aleksandar Pesic, Louis Cheung, Zahi Adel Fayad, Robert Langer, Omid Farokhzad, Ira Tabas. Development and in vivo efficacy of targeted polymeric inflammation-resolving nanoparticles. Proceedings of National Academy of Sciences.
Pubblicato in Science Daily il 18 Marzo 2013 - Traduzione di Franco Pellizzari.
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