Miglioramento del risultato della radioterapia con nanoparticelle
Sebbene i progressi tecnologici nella radioterapia abbiano ridotto il rischio di normali complicazioni tissutali, il trattamento dei tumori resistenti alla radioterapia rimane una sfida. Nell’ultimo decennio, gli scienziati hanno segnalato un miglioramento dell’efficacia della radioterapia con l’uso di nanoparticelle. Oltre a un impatto fisico (aumento della dose), le nanoparticelle potrebbero interagire con macromolecole biologiche essenziali che inducono cambiamenti biochimici nelle cellule e un effetto potenziato del processo di radiazione. Tuttavia, i meccanismi sottostanti non sono ancora del tutto noti.
Approfondimento sull’impatto biochimico delle nanoparticelle
Con il sostegno del programma Marie Skłodowska-Curie, il progetto NANOCANCER(si apre in una nuova finestra) ha voluto indagare i meccanismi con cui le nanoparticelle sensibilizzano le cellule tumorali alla radioterapia. Le nanoparticelle hanno dimensioni comprese tra 1 e 100 nm, e si accumulano preferibilmente nel tumore rispetto ad altre parti del corpo, sia attraverso il targeting attivo, sia attraverso un fenomeno noto come maggiore permeabilità e ritenzione. Esse raggiungono una maggiore penetrazione delle cellule tumorali e meno effetti collaterali sulle cellule normali rispetto ai radiosensibilizzanti convenzionali. Per chiarire il danno cellulare indotto dalle nanoparticelle a livello molecolare, i partner hanno impiegato la microspettroscopia a infrarossi in trasformata di Fourier basata sulla radiazione di sincrotrone (SR-FTIRM, Synchrotron-Radiation-based Fourier Transform InfraRed Microspectroscopy) come strumento bio-analitico. Questa tecnica vibrazionale permette di identificare la composizione chimica e la struttura delle molecole biologiche utilizzando la luce infrarossa. I ricercatori hanno irradiato cellule di glioma che contenevano nanoparticelle di gadolinio e oro con diversi tipi di fasci di ioni medici quali fotoni, protoni e ioni più pesanti. Attraverso l’analisi dei componenti principali, hanno analizzato le differenze nella composizione delle cellule. «Il nostro obiettivo era quello di identificare l’impatto biochimico degli approcci di radioterapia a base di nanoparticelle sulle principali biomolecole cellulari quali il DNA, i lipidi e le proteine», spiega la borsista MSC Imma Martínez-Rovira. I ricercatori hanno scoperto che le nanoparticelle hanno indotto modifiche fondamentali alla struttura corretta delle proteine cellulari, influenzando, allo stesso tempo, anche la struttura e la lunghezza della catena di vari lipidi. Per quanto riguarda il DNA, le nanoparticelle hanno causato una serie di cambiamenti strutturali e conformazionali, oltre a ridurre i danni al DNA(si apre in una nuova finestra). Collettivamente, questi cambiamenti molecolari indotti dalle nanoparticelle hanno portato a una maggiore produzione di specie reattive dell’ossigeno (ROS) e a una maggiore risposta al danno del DNA. Inoltre, gli effetti di sensibilizzazione della radioterapia e delle nanoparticelle erano tipo-specifici e dipendevano dal tipo di cellula(si apre in una nuova finestra) e dalla configurazione dell’irradiazione(si apre in una nuova finestra).
Significato della ricerca e prospettive future
I risultati di NANOCANCER sui cambiamenti biochimici indotti dalle nanoparticelle fanno luce su un processo ancora poco compreso. Inoltre, hanno posto le basi per migliorare l’indice terapeutico della radioterapia e incrementare la morte delle cellule tumorali. Ciò è interessante soprattutto per il trattamento di malattie con prognosi sfavorevole, quali il cancro radioresistente. «Il monitoraggio dei cambiamenti biochimici basati sulle nanoparticelle è un compito complesso che richiede l’indagine di un’ampia gamma di processi; pertanto, richiede ulteriori indagini sperimentali», sottolinea il supervisore del progetto Ibraheem Yousef. Tuttavia, il progetto ha sottolineato l’importanza della tecnica SR-FTIRM per la valutazione delle risposte cellulari agli approcci innovativi della radioterapia. Nel complesso, l’approccio multidisciplinare di NANOCANCER, con partner sia accademici sia clinici, ha diffuso la conoscenza in diversi campi. Questo è essenziale per migliorare la nostra comprensione del cancro, nonché per sviluppare approcci innovativi per il trattamento e la gestione della malattia. Considerando il numero di persone che si sottopongono alla radioterapia e il costo socioeconomico associato, un miglioramento dei regimi di trattamento antitumorale è atteso da tempo.
