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Le nano armi si uniscono alla lotta contro il cancro
Immagina di essere curato per il cancro con un paio di visite dal tuo medico. Ti fa semplicemente un'iniezione e poi un paio di settimane dopo fa passare la luce a infrarossi sul tuo corpo per attivare gli agenti che uccidono il cancro e asportare il tumore. Sembra un romanzo di Ray Bradbury? Non dirlo a Naomi Halas. È la professoressa Stanley C. Moore di ingegneria elettrica e informatica e professoressa di chimica alla Rice University, e ha più di quanto immaginasse: ha sviluppato il processo dal 1997, quando ha inventato minuscole particelle con un enorme potenziale terapeutico. Li chiama nanoshells.
Le nanoshell sono sfere concentriche microscopiche con nuclei di silice e gusci d'oro. L'oro fornisce ad Halas la risposta termica e ottica richiesta dal suo processo di trattamento e il corpo non genera anticorpi contro di essa. Variando la dimensione del nucleo di silice e lo spessore dell'oro, Halas ha scoperto di poter sintonizzare i nanoshell per assorbire la luce di diverse lunghezze d'onda. Per il trattamento del cancro, dice, gli infrarossi si sono rivelati i migliori perché penetrano più a fondo nel corpo.
Negli esperimenti, i nanoshell vengono iniettati nel flusso sanguigno di un animale, dove gli agenti mirati applicati ad essi cercano e si attaccano ai recettori di superficie delle cellule cancerose. L'illuminazione con luce infrarossa aumenta la temperatura delle cellule a 55 gradi Celsius e brucia il tumore, dice.
Halas sta concentrando la sua ricerca sul cancro al seno. Spera che i nanoshell si dimostreranno una valida alternativa alla chemioterapia, che uccide sia le cellule sane che quelle malate, provocando effetti collaterali come affaticamento e perdita di capelli. I nanoshell, al contrario, uccidono solo le cellule cancerose.
I nanoshell sono solo una delle tante intriganti opzioni di diagnosi e trattamento del cancro che la nanotecnologia sta rendendo possibili. Miqin Zhang, scienziata dei materiali presso l'Università di Washington a Seattle, sta usando il proprio marchio di nanoparticelle per diagnosticare e curare in modo non invasivo i tumori cerebrali. Lei chiama le sue creazioni coniugati intelligenti di nanoparticelle superparamagnetiche. Quando iniettate nel flusso sanguigno, queste particelle prendono di mira i recettori cellulari dei tumori con agenti noti come ligandi.
Le nanoparticelle di Zhang sono fatte di ossido di ferro, che diventa particolarmente magnetico se posto in un campo magnetico come quelli usati per la risonanza magnetica. Le particelle quindi migliorano il segnale che i tumori emettono durante una risonanza magnetica, rendendoli più facili da individuare nelle prime fasi dello sviluppo. Ma le nanoparticelle devono circolare abbastanza a lungo da localizzare le cellule tumorali. Zhang ha scoperto nei primi studi che sono stati rapidamente attaccati e neutralizzati da anticorpi chiamati microfagi. Quindi li ha modificati con un rivestimento polimerico che resiste ai microfagi. Una volta che le nanoparticelle trovano i tumori, rilasciano un farmaco attaccato chiamato metotrexato, che uccide la cellula.
Le nanoparticelle, che hanno un diametro inferiore a 20 nanometri, devono rimanere separate l'una dall'altra per svolgere il proprio lavoro. Le nanoparticelle aggregate diventano tossiche per i tessuti sani, spiega Zhang. Le piccole dimensioni delle particelle e la loro capacità di permeare i tessuti consentono loro di attraversare la cosiddetta barriera emato-encefalica e raggiungere i tumori cerebrali. Zhang dice che questo è fondamentale perché il 98 percento dei farmaci antitumorali non può farlo.
La combinazione di sostanze chimiche complementari di Zhang elimina la necessità di biopsie nella diagnosi e nelle operazioni nel trattamento e aiuta nella diagnosi precoce del cancro. Ma secondo Mauro Ferrari, professore di ingegneria biomedica alla Ohio State University e specialista in applicazioni biomediche delle nanotecnologie, il lavoro di Zhang può anche aiutarci a vedere meglio i contorni anatomici del cancro. E secondo Zhang, determinare i contorni di un tumore consente ai medici di valutare se una terapia antitumorale è efficace negli esseri umani in pochi giorni anziché nell'attuale standard di tre mesi.
La ricerca di Zhang ci fornisce anche informazioni sull'espressione molecolare del cancro e sulla sua evoluzione nel tempo, aggiunge Ferrari. Un problema cruciale nella ricerca sul cancro, spiega, è che a diversi stadi di sviluppo i recettori delle cellule cancerose hanno un'espressione molecolare diversa; ecco perché le cellule tumorali in fase iniziale possono facilmente assorbire un farmaco efficace; con le cellule tumorali in stadio avanzato, l'assorbimento del farmaco potrebbe non avere successo. La ricerca di Zhang, dice, può aiutarci a fornire i farmaci giusti alle persone giuste al momento giusto.
La nanotecnologia fornisce anche nuovi strumenti per l'esame del cancro, fornendo potenzialmente nuove intuizioni. Adam T. Woolley, assistente professore di chimica e biochimica presso la Brigham Young University, ha creato un metodo per esaminare le mutazioni nel DNA per determinare la predisposizione genetica di una persona allo sviluppo del cancro. Usa una tecnica chiamata microscopia a forza atomica (AFM), una variazione su scala nanometrica sui vecchi giradischi, ma con una punta dell'ago di soli 10 nanometri di diametro. Woolley prima deposita molecole di DNA su silicio o mica, le cui superfici sono così piatte che il DNA sporge al di sopra di esse. Quindi, spiega, usa l'AFM per esaminare la topografia del DNA per individuare le posizioni delle mutazioni in esso.
La differenza di dimensioni tra le sequenze native e mutate del DNA è estremamente piccola, circa un decimo di nanometro, che è al limite di ciò che l'AFM può vedere, afferma Woolley. Quindi usa nanoparticelle d'oro di circa 10 nanometri per contrassegnare le posizioni delle mutazioni, in questo modo l'AFM può vederle facilmente. L'esame del DNA a questo livello consente a Woolley di identificare se si verifica una doppia mutazione, che può comportare un rischio di cancro genetico maggiore rispetto a una singola mutazione. Le tecniche convenzionali per guardare i cromosomi non possono determinare tali informazioni. Il lavoro di Woolley ha un grande potenziale diagnostico, afferma Ferrari; L'identificazione dei marcatori genetici del cancro potrebbe consentire la prevenzione prima che si formi la prima cellula tumorale.
A causa delle sue implicazioni pratiche per combattere il cancro, tale ricerca ha catturato l'attenzione della comunità scientifica in generale. Robert S. Langer, il professore Kenneth J. Germeshausen di ingegneria chimica e biomedica al MIT, è particolarmente colpito dai nanoshell di Halas. Sono un ottimo esempio di applicazione della scienza dei materiali a importanti problemi medici, dice, e hanno un grande potenziale entusiasmante. Rick Kenyon, responsabile del programma del programma di ricerca sul cancro al seno presso il Dipartimento della Difesa, sta finanziando la ricerca di Halas perché, dice, i nanogusci consentono il rilevamento precoce e la distruzione precoce delle cellule tumorali, che è esattamente ciò che tutti nel campo del cancro stanno cercando per.