Nanoparticelle per la somministrazione di farmaci al cervello
La somministrazione di farmaci al cervello è ostacolata dalla barriera emato-encefalica (BEE), una struttura ad oggi impermeabile alla maggior parte dei farmaci. Un approccio alternativo per il trattamento di alcune condizioni cerebrali, tra cui neurodegenerazione e ictus, consiste nello stimolare le cellule staminali neurali (NSC) endogene presenti nel cervello con agenti terapeutici. Le NSC hanno il potenziale per proliferare e differenziarsi in neuroni e glia, rigenerando il cervello e ripristinando le funzioni del sistema nervoso.
Nanomateriali per la somministrazione di farmaci
Il progetto NANOSTEM finanziato dall’UE ha proposto di utilizzare nanomateriali per il caricamento e la somministrazione di terapie NSC. NANOSTEM ha reclutato 14 ricercatori in fase iniziale che hanno intrapreso la ricerca grazie al supporto del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie. «Il nostro obiettivo era quello di sintetizzare vari nuovi nanomateriali in grado di somministrare terapie attraverso la BEE e puntando alle NSC», spiega Marina Resmini, coordinatrice del progetto. Questi comprendevano sistemi polimerici quali micelle e nanogel responsivi alla temperatura, nonché nanobarre d’oro responsive alla luce del vicino infrarosso. Per la somministrazione di farmaci, sono state inoltre esplorate nanostrutture di DNA basate su aptameri e anche vescicole extracellulari. Dopo la loro estesa caratterizzazione, questi nanomateriali sono stati convalidati per il loro potenziale di attraversare la BEE. La permeazione della BEE è stata agevolata dalle piccole dimensioni delle nanoparticelle o aumentando la loro affinità verso i recettori della transferrina. Per visualizzare la loro capacità di permeazione, le nanoparticelle sono state ulteriormente funzionalizzate con tag fluorescenti. I ricercatori hanno inoltre testato le formulazioni più promettenti in vivo in modelli di pesce zebra e topo. Le nanoparticelle iniettate nel pesce zebra hanno permeato la BEE nel cervello, mentre studi condotti sui topi hanno dimostrato la capacità di una nanoformulazione di indurre la proliferazione delle NSC.
Corona proteica e come evitarla
Una delle sfide chiave associate allo sviluppo di nanoparticelle per la somministrazione di farmaci è l’attaccamento delle proteine una volta che queste entrano nel sistema sanguigno. Questo strato di molecole è noto come corona proteica e comprende proteine che sono attaccate in modo lasco o irreversibile alle nanoparticelle. La formazione della corona proteica ha il potenziale di cambiare la morfologia e le proprietà delle nanoparticelle e quindi deve essere studiata con attenzione. I ricercatori hanno dato particolare enfasi alla chimica e morfologia di superficie delle nanoparticelle, per comprendere come l’interazione con entità biologiche quali proteine e lipidi possa influenzare la formazione della corona proteica.
Modelli di barriera emato-encefalica in vitro
Un modello di BEE è utile per valutare l’efficacia e i meccanismi di trasporto di vari farmaci del sistema nervoso centrale (SNC). Tuttavia, i formati dei modelli esistenti richiedono grandi quantità di materiale biologico e reagenti costosi, che ne limitano l’uso diffuso. I ricercatori di NANOSTEM hanno miniaturizzato un modello già consolidato in un formato a 96 pozzetti utilizzando una tecnologia automatizzata. Così facendo, si è ridotto il volume di composti necessari e sono aumentati i parametri sperimentali che potrebbero essere analizzati allo stesso tempo. È stata inoltre eseguita un’ulteriore ottimizzazione utilizzando diversi tipi di cellule per estendere le prospettive del modello di BEE. Il consorzio ha anche impostato un protocollo per un modello di BEE alternativo che si basa sulla coltura di tre tipi di cellule, ovvero cellule endoteliali, periciti e astrociti. Il modello è stato convalidato misurando il trasporto di nanogel. Secondo Resmini: «I nostri modelli di BEE in vitro costituiscono potenti strumenti per gli studi sulla scoperta di farmaci in fase iniziale onde poter identificare composti efficaci contro le malattie del SNC.»
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