PAMAM-PLGA nanocarrier as potential co-delivery system against liver cancer: in vitro studies

Il cancro rimane una delle sfide più persistenti per la salute umana, una malattia definita da cellule che crescono e si dividono senza fermarsi. Sebbene i medici si siano a lungo affidati alla chirurgia, alla radioterapia e ai farmaci chimici per combatterlo, questi trattamenti spesso lottano con un problema difficile: possono danneggiare il tessuto sano tanto quanto il tumore. I farmaci chemioterapici, in particolare, sono come strumenti smussati; circolano in tutto il corpo, attaccando ovunque le cellule a rapida divisione, il che porta a gravi effetti collaterali e spesso non riesce a consegnare una dose sufficientemente alta al tumore stesso. Per risolvere questo problema, gli scienziati si sono rivolti alla nanotecnologia, un campo che costruisce macchine microscopiche per trasportare la medicina direttamente dove è necessaria. Un approccio promettente prevede l'uso di strutture minuscole, simili ad alberi, chiamate dendrimeri, che possono contenere i farmaci nei loro rami, e il rivestimento con plastiche biodegradabili che proteggono il carico e aiutano a scivolare attraverso le difese del corpo. L'obiettivo è creare un sistema di distribuzione che rilasci la sua medicina solo quando raggiunge l'ambiente specifico e acido di un tumore, risparmiando il resto del corpo.

In uno studio recente, i ricercatori si sono posti l'obiettivo di costruire un tale sistema specificamente per il cancro al fegato, una malattia che causa centinaari di migliaia di morti in tutto il mondo. Si sono concentrati sulla linea cellulare HepG2, un modello comune per il cancro al fegato umano, e hanno progettato un nuovo tipo di nanovettore combinando due materiali: un dendrimero poliammidoamminico di generazione 4 e un polimero biodegradabile noto come PLGA. Il dendrimero agisce come un'impalcatura con molti rami per contenere la medicina, mentre il rivestimento in PLGA funge da guscio protettivo che riduce la tossicità e aiuta la particella a muoversi attraverso il flusso sanguigno. Il team ha caricato questo vettore con due diversi agenti antitumorali: il sorafenib, un farmaco che blocca i segnali di crescita del tumore, e la curcumina, un composto naturale con proprietà antiossidanti che può aiutare a uccidere le cellule cancerose. Testando questa combinazione in un ambiente di laboratorio, i ricercatori miravano a vedere se la consegna di entrambi i farmaci insieme in questo piccolo pacchetto sarebbe stata più efficace e sicura rispetto alla somministrazione dei farmaci singolarmente.

Il primo passo è stato confermare che il nanovettore fosse stato costruito correttamente. Utilizzando vari strumenti analitici, il team ha esaminato i legami chimici e la forma fisica della propria creazione. Hanno scoperto che i due materiali si erano uniti con successo e che i farmaci erano tenuti saldamente all'interno della struttura. Le particelle risultanti erano approssimativamente sferiche e misuravano circa 231 nanometri di diametro, una dimensione abbastanza piccola da viaggiare attraverso i vasi sanguigni ma abbastanza grande da evitare di essere filtrata troppo rapidamente dai reni. Quando i ricercatori hanno osservato le particelle sotto un potente microscopio elettronico, queste apparivano come forme globulari con un range compreso tra 100 e 250 nanometri, confermando che la miscela era uniforme e stabile. Hanno anche misurato quanto farmaco il vettore potesse contenere, scoprendo che aveva caricato con successo circa il 5,7 percento di sorafenib e il 4,4 percento di curcumina in peso, una quantità promettente per un sistema di distribuzione di queste dimensioni.

Una caratteristica critica di questo nuovo sistema è il modo in cui rilascia la sua medicina. Nel corpo umano, il sangue normale ha un livello di pH neutro, mentre l'ambiente all'interno di un tumore è più acido a causa della rapida crescita e del metabolismo delle cellule cancerose. I ricercatori hanno testato il loro nanovettore in soluzioni che imitavano queste diverse condizioni. In un ambiente neutro, simile al sangue sano, i farmaci venivano rilasciati molto lentamente, con solo una piccola frazione che sfuggiva nelle prime due ore. Tuttavia, quando l'ambiente diventava acido, imitando l'interno di un tumore, il tasso di rilascio aumentava significativamente nel tempo. Sebbene solo il 7,8% del sorafenib e il 5,7% della curcumina fossero stati rilasciati entro le prime due ore anche in condizioni acide, il rilascio accelerava con il passare del tempo, raggiungendo oltre il 50% per il sorafenib e quasi il 59% per la curcumina a pH 5,0 nell'ambito della finestra di due ore osservata nel riassunto del trend, o più accuratamente, lo studio ha notato che il rilascio raggiungeva il 51,6% per il sorafenib e il 58,9% per la curcumina a pH 5,0, dimostrando una chiara risposta sensibile al pH in cui il vettore si apre per rilasciare la medicina una volta raggiunto il microambiente acido del cancro.

La vera prova del nanovettore è arrivata quando i ricercatori hanno esposto le cellule del cancro al fegato ad esso. Hanno confrontato gli effetti del vettore vuoto, del vettore con un solo farmaco, del vettore con entrambi i farmaci e dei farmaci somministrati da soli. I risultati hanno mostrato un modello chiaro: il vettore vuoto era sicuro e non danneggiava le cellule. I vettori a singolo farmaco erano efficaci, ma il vettore contenente sia il sorafenib che la curcumina era il più potente. Dopo aver trattato le cellule cancerose con il vettore a doppio farmaco per 24 ore, il numero di cellule viventi è sceso a circa il 21 percento. Quando il trattamento è continuato per 4 48 e 72 ore, il tasso di sopravvivenza delle cellule cancerose è sceso ulteriormente, rispettivamente al 9,4 percento e al 4,3 percento. Al contrario, quando le stesse cellule sono state trattate con i farmaci puri senza il nanovettore, molte più cellule sono sopravvissute, indicando che il sistema di distribuzione rendeva i farmaci molto più efficaci nel uccidere il cancro. Importante è che, quando i ricercatori hanno testato lo stesso nanovettore su cellule umane normali, quelle cellule sono rimaste ampiamente sane, con tassi di sopravvivenza superiori al 78 percento, suggerendo che questo approccio potrebbe risparmiare il tessuto sano dal danno solitamente causato dalla chemioterapia.

Per capire come il nanovettore uccidesse le cellule cancerose, il team ha esaminato l'attività genetica all'interno delle cellule. Hanno misurato i livelli di geni specifici che controllano la morte cellulare, nota come apoptosi. Lo studio ha scoperto che il nanovettore a doppio farmaco ha causato un drammatico aumento dell'attività dei geni che innescano la morte cellulare, come Caspase9, P53 e Bax. L'attività di questi geni è aumentata di quasi sette volte rispetto alle cellule non trattate. Allo stesso tempo, il nanovettore ha ridotto significativamente l'attività di Bcl2, un gene che agisce come uno scudo per impedire alle cellule di morire. Questo spostamento nell'attività genetica conferma che il nanovettore non sta solo fermando la crescita delle cellule cancerose, ma sta attivamente costringendole all'autodistruzione. La combinazione dei due farmaci consegnati insieme sembra funzionare meglio di ciascun farmaco preso singolarmente, creando un segnale più forte affinché le cellule cancerose muoiano, lasciando al contempo le cellule normali ampiamente intatte.

Questa ricerca dimostra che un nanovettore realizzato con polimeri PAMAM e PLGA può trasportare con successo due diversi farmaci antitumorali alle cellule del cancro al fegato in un ambiente di laboratorio. Il sistema si è dimostrato capace di proteggere i farmaci, rilasciarli specificamente in condizioni acide e indurre una forte risposta di morte nelle cellule cancerose pur rimanendo sicuro per le cellule normali. Lo studio suggerisce che questo approccio di co-consegna potrebbe essere una strategia preziosa per migliorare il trattamento del cancro al fegato, offrendo un modo per aumentare l'efficacia dei farmaci esistenti riducendo al contempo i loro effetti collaterali. Sebbene questi risultati siano limitati agli esperimenti di laboratorio e non siano ancora stati testati in organismi viventi, essi forniscono una solida base per lo sviluppo futuro di terapie mirate che potrebbero un giorno offrire un'opzione più precisa e meno tossica per i pazienti affetti da cancro al fegato.