La nuova terapia laser che distrugge le cellule tumorali ma lascia quei sani illesi

Gli scienziati alla Stanford University hanno sviluppato una nuova terapia laser che distrugge le cellule tumorali ma le foglie quelle sane illese. Il nuovo, trattamento non invadente è descritto in uno studio pubblicato nell'edizione online del 1° agosto degli atti dell'Accademia nazionale delle scienze (PNAS).

“Uno dei problemi di lunga durata nella medicina è come curare il cancro senza nuocere al tessuto normale dell'organismo,„ dice Hongjie DAI, un professore associato di chimica a Stanford e co-author dello studio. “La chemioterapia standard distrugge egualmente le cellule tumorali e le celle normali. Ecco perché i pazienti spesso perdono i loro capelli e soffrono i numerosi effetti secondari di altro lato. Per noi, il sacro Graal stava trovando un modo uccidere selettivamente le cellule tumorali e non danneggiare quei sani.„

Per l'esperimento di PNAS, DAI ed i suoi colleghi hanno utilizzato uno strumento di base di nanotecnologia--nanotubes del carbonio, coni retinici sintetici che sono soltanto metà della larghezza di una molecola del DNA. Migliaia di nanotubes hanno potuto adattarsi facilmente dentro una cella tipica.

“I beni interessanti dei nanotubes del carbonio sono che assorbono le onde leggere vicine all'infrarosso, che sono leggermente più lunghe delle razze di indicatore luminoso visibili e passano in modo innocuo attraverso le nostre celle,„ DAI dicono. Ma splenda un raggio di indicatore luminoso vicino all'infrarosso su un nanotube del carbonio ed i risultati sono drammatici. Gli elettroni nel nanotube sono emozionanti e cominciano a rilasciare l'energia in eccesso sotto forma di calore.

Nell'esperimento, i ricercatori di Stanford hanno trovato che se collocassero una soluzione di nanotubes del carbonio nell'ambito di un raggio laser vicino all'infrarosso, la soluzione avrebbe riscaldato fino a circa 158 gradi di F (70 C) in due minuti. Quando i nanotubes sono stati collocati dentro le celle e si sono irradiati dal raggio laser, le celle si sono distrutte rapidamente dal calore. Tuttavia, le celle senza nanotubes non hanno mostrato effetti una volta collocate nell'ambito di indicatore luminoso vicino all'infrarosso.

“È realmente abbastanza semplice e stupefacente,„ DAI osserva. “Stiamo usando i beni intrinsechi dei nanotubes per sviluppare un'arma che uccide il cancro.„

Per assicurare che soltanto le celle malate si sono distrutte nell'esperimento, gli scienziati hanno dovuto trovare un modo consegnare selettivamente i nanotubes del carbonio nelle cellule tumorali e non in quelle sane. DAI ed i suoi colleghe hanno raggiunto questo eseguendo un bit di inganno biochimico. A differenza delle celle normali, la superficie di una cellula tumorale contiene i numerosi ricevitori per una vitamina conosciuta come il folato. I ricercatori hanno deciso di ricoprire i nanotubes di molecole foliche, che sarebbero state attirate soltanto verso le celle malate con i ricevitori folici.

L'esperimento ha funzionato come preveduto. La maggior parte dei nanotubes folico-rivestiti hanno finito dentro le cellule tumorali, oltrepassanti le celle normali--come i cavalli di Troia che attraversano la riga nemica. Una volta che i nanotubes fossero piantati dentro, i ricercatori hanno spleso il laser vicino all'infrarosso sulle cellule tumorali, che presto hanno riscaldato e morto.

“Il folato è appena un modello sperimentale che abbiamo usato,„ DAI dice. “In realtà, ci sono modi che più interessanti possiamo fare questo. Per esempio, possiamo fissare un anticorpo ad un nanotube del carbonio per mirare ad un genere particolare di cellula tumorale.„

Un esempio è linfoma, o cancro del sistema linfatico. Come molti cancri, le celle di linfoma hanno ricevitori di superficie ben definiti che riconoscono gli anticorpi unici. Una volta fissato ad un nanotube del carbonio, l'anticorpo svolgerebbe il ruolo di un cavallo di Troia. DAI e decano Felsher, un ricercatore di linfoma nella scuola di medicina di Stanford, hanno cominciato una collaborazione facendo uso dei mouse del laboratorio con linfoma. I ricercatori vogliono determinare se l'indicatore luminoso vicino all'infrarosso brillante sull'interfaccia dell'animale distruggerà i tumori linfatici, mentre lasciando le celle normali intatte.

“È un'idea realmente interessante,„ dice Felsher, un assistente universitario di medicina e di patologia. “A lungo la gente ha pensato ai modi mirare alle cellule tumorali e questa è una tecnica molto di promessa.„

I ricercatori alla Rice University recentemente hanno eseguito un simile esperimento sui mouse con i tumori cancerogeni. Invece dei nanotubes del carbonio, il gruppo del riso ha iniettato i tumori con i nanoshells d'oro rivestiti ed ha esposto gli animali ad indicatore luminoso vicino all'infrarosso per parecchi minuti. I tumori sono scomparso nei 10 giorni senza danneggiare alcun tessuto sano.

DAI precisa che i nanotubes del carbonio anche possono essere consegnati alle celle malate tramite l'iniezione diretta. “Nel cancro al seno, per esempio, là potrebbe venire un periodo quando iniettiamo i nanotubes nel tumore ed esponiamo il petto ad indicatore luminoso vicino all'infrarosso,„ lui dice. Questa terapia benigna potrebbe potenzialmente eliminare i mesi della chemioterapia debilitante e trattamento radioattivo, aggiunge.

“Il laser che abbiamo utilizzato è un raggio da 3 centimetri che è tenuto come una torcia elettrica,„ lui nota. “Possiamo catturare il raggio e mettere dovunque vogliamo. Possiamo splenderlo su un'area locale dell'interfaccia o dell'interno un organo interno facendo uso di un'unità a fibra ottica.„

DAI ha fatto domanda per un brevetto sulla procedura attraverso l'ufficio di Stanford dell'autorizzazione della tecnologia (OTL). Egualmente ha brevettato un'altra tecnica che usa gli impulsi di indicatore luminoso vicino all'infrarosso per scuotere liberamente la molecola del DNA dal nanotube del carbonio dopo che hanno entrato nella cella. L'idea è di usare il nanotube per consegnare le molecole terapeutiche di DNA, di RNA o di proteina direttamente nel nucleo delle cellule per combattere le varie infezioni e malattie.

“La nanotecnologia lungamente è stata conosciuta per le sue applicazioni nell'elettronica,„ DAI conclude. “Ma questo esperimento è un esempio meraviglioso di nanobiotecnologia--facendo uso dei beni unici dei nanomaterials per avanzare biologia e medicina.„

Il dottorando di DAI, Nadine Wong Shi Kam, è autore principale dello studio di PNAS. Altri co-author sono Michael O'Connell, un ex collega postdottorale nel dipartimento di chimica e dottorando Jeffrey A. la Wisdom nel dipartimento di fisica applicata.

Lo studio è stato supportato parzialmente dal centro del National Science Foundation delle interfacce del polimero e delle Assemblee macromolecolari, un'associazione della ricerca fra il centro Almaden di ricerca di IBM, di Stanford, l'università di California-Davis e l'università di California-Berkeley.