Co-Delivery of Paclitaxel and Thymoquinone via Polymeric Nanoparticles Induces Apoptosis and Suppresses Epithelial-Mesenchymal Transition Through Wnt/β-Catenin Signaling in MCF-7 Breast Cancer Cell Line

Il cancro è una malattia di crescita incontrollata, ma è anche una malattia di movimento. L'aspetto più pericoloso del tumore al seno non è solo il tumore primario, ma la sua capacità di diffondersi in altre parti del corpo. Per farlo, le cellule cancerose spesso subiscono una trasformazione in cui perdono la loro natura adesiva e stazionaria per diventare invasori scivolosi e mobili. Gli scienziati chiamano questo processo transizione epitelio-mesenchimale. È un interruttore biologico che permette alle cellule di staccarsi da un tumore, viaggiare attraverso il flusso sanguigno e dare inizio a nuove colonie altrove. Allo stesso tempo, molte cellule cancerose sviluppano difese che espellono i farmaci chemioterapici prima che possano agire, rendendo i trattamenti standard meno efficaci nel tempo. Trovare un modo per fermare sia la diffusione che la resistenza di queste cellule è un obiettivo centrale della medicina moderna.

Ricercatori della Guru Jambheshwar University of Science and Technology e della Maharshi Dayanand University in India hanno esplorato un nuovo approccio a questo problema combinando due sostanze molto diverse in un unico, minuscolo sistema di rilascio. Una sostanza è il paclitaxel, un potente farmaco chemioterapico derivato dalla corteccia dell'albero del tasso del Pacifico che impedisce alle cellule di dividersi. L'altra è la timochinone, un composto naturale presente nei semi di cumino nero, utilizzato da secoli nella medicina tradizionale ed è noto per indurre la morte cellulare nel cancro. Sebbene entrambi abbiano mostrato potenziale da soli, sono difficili da sciogliere in acqua e possono essere tossici per le cellule sane se somministrati nella loro forma grezza. I ricercatori si sono chiesti se avvolgere questi due farmaci insieme all'interno di un guscio polimerico microscopico potesse farli lavorare meglio insieme rispetto separatamente, e se questa combinazione potesse specificamente spegnere l'interruttore biologico che permette alle cellule cancerose di diffondersi.

Per testare questo, il team ha creato piccole sfere, note come nanoparticelle polimeriche, utilizzando un metodo chiamato nanoprecipitazione. Hanno mescolato i farmaci con un polimero speciale, l'Eudragit RS 100, che forma un guscio protettivo attorno al medicinale. Hanno anche aggiunto un tensioattivo per mantenere stabili le particelle e prevenire il loro raggruppamento. Le nanoparticelle risultanti erano incredibilmente piccole, misurando circa 134 [nm] quando caricate con entrambi i farmaci, una dimensione sufficientemente piccola da poter potenzialmente accumularsi nei tumori. Il team ha confermato che i farmaci erano stati intrappolati con successo all'interno di questi gusci e che venivano rilasciati lentamente nel tempo, piuttosto che tutti in una volta. Questo rilascio lento è cruciale perché mantiene la concentrazione del farmaco elevata nel sito del tumore per un periodo più lungo, mentre il guscio polimerico protegge i farmaci dalla degradazione precoce nell'organismo.

Quando i ricercatori hanno testato queste nanoparticelle su cellule di cancro al seno MCF-7 in un piatto di laboratorio, i risultati sono stati sorprendenti. La combinazione dei due farmaci all'interno delle nanoparticelle ha ucciso significativamente più cellule cancerose rispetto a ciascun farmaco da solo, o anche ai due farmaci mescolati senza il vettore a nanoparticelle. I ricercatori hanno calcolato un punteggio di sinergia che ha confermato che i due farmaci stavano lavorando insieme per amplificare i rispettivi effetti, piuttosto che limitarsi ad aggiungere i loro singoli impatti. Le nanoparticelle sono state in grado di bloccare la crescita delle cellule cancerose e la formazione di nuove colonie, tagliando efficacementamente la capacità del tumore di rigenerarsi. Nei test progettati per misurare quanto bene le cellule potessero muoversi, il trattamento combinato ha ridotto la migrazione di circa il 91 percento, suggerendo una potente capacità di fermare la diffusione del cancro.

Lo studio è andato più a fondo per capire come ciò fosse avvenuto. Osservando le cellule al microscopio e utilizzando la citometria a flusso, una tecnica che conta e smista le cellule in base alle loro proprietà, i ricercatori hanno visto che le nanoparticelle costringevano le cellule cancerose in uno stato di morte programmata, nota come apoptosi. Le cellule non sono semplicemente esplose; hanno seguito un percorso controllato di autodistruzione. Il team ha osservato che le cellule rimanevano bloccate in una fase specifica del loro ciclo vitale, incapaci di dividersi, mentre il loro DNA iniziava a frammentarsi. Questa doppia azione di arresto della divisione e innesco della morte è stata confermata osservando i nuclei delle cellule, che mostravano i classici segni di apoptosi, come il restringimento e la frammentazione.

Forse il risultato più significativo è stato come il trattamento abbia influenzato le vie biologiche che guidano la diffusione del cancro. I ricercatori hanno analizzato i geni e le proteine all'interno delle cellule e hanno scoperto che il trattamento con nanoparticelle ha ridotto l'attività di una chiave via di segnalazione nota come Wnt/β-catenina. Questa via agisce come un regolatore principale per la transizione epitelio-mesenchimale. Quando questa via è attiva, dice alla cellula di diventare mobile e invasiva. Il trattamento ha ridotto con successo i livelli delle proteine che guidano questo movimento, come la N-caderina e la vimentina, aumentando al contempo i livelli di E-caderina, una proteina che aiuta le cellule ad aderire tra loro e a rimanere in posizione. Questo inversione dello switch molecolare suggerisce che le nanoparticelle non solo uccidono le cellule cancerose, ma le privano anche della loro capacità di migrare e invadere altri tessuti.

Lo studio conclude che la somministrazione di paclitaxel e timochinone insieme all'interno di queste nanoparticelle polimeriche crea un potente effetto terapeutico contro le cellule del cancro al seno in laboratorio. La combinazione induce la morte cellulare, blocca la divisione delle cellule e inverte i cambiamenti biologici che permettono al cancro di diffondersi. Sebbene questi risultati siano attualmente limitati agli esperimenti di laboratorio sulle cellule e non siano ancora stati testati sugli esseri umani, i risultati offrono un modello promettente per un nuovo tipo di trattamento. Utilizzando un singolo vettore per consegnare due farmaci complementari, questo approccio potrebbe potenzialmente superare la resistenza e la mobilità che rendono il cancro al seno così difficile da trattare, fornendo un modo più efficace per gestire la malattia in futuro.