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Terapia e Chirurgia

La terapia mirata con nanoparticelle: una rivoluzione nel trattamento del cancro

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Scritto da Alessia Tozzi

La chemioterapia è una delle armi principali contro il cancro, che sfrutta farmaci molto potenti per sopprimere le cellule tumorali. Questa strategia, tuttavia, non è in grado di distinguere cellule sane da quelle anomale, di conseguenza, può causare danni collaterali significativi, come perdita di capelli, nausea, stanchezza e problemi al sistema immunitario. E se ci fosse un modo per colpire solo le cellule tumorali, risparmiando il tessuto circostante in buono stato di salute? Qui entrano in gioco le nanoparticelle, una tecnologia innovativa che potrebbe rivoluzionare la somministrazione dei farmaci chemioterapici.

Cos’è una nanoparticella?

Le nanoparticelle (NP) sono strutture minuscole, in un range di dimensioni che va da 1 a 100 nm; infatti, sono così piccole da richiedere strumenti molto risoluti per poterle vedere (Figura 1). Per dare un’idea delle loro dimensioni: il loro diametro è mille volte più sottile di un capello umano.

Le NP possono essere progettate per:

  • trasportare farmaci all’interno del corpo (drug-delivery),
  • nelle tecniche di diagnostica (ad esempio come mezzo di contrasto per l’imaging),
  • nella terapia genica,
  • nelle terapie fototermiche,
  • nell’immunoterapia.

Grazie alla loro dimensione ridotta e alla possibilità di personalizzarle, le NP possono muoversi nel nostro organismo senza essere facilmente rilevate dal sistema immunitario riuscendo a superare molte barriere biologiche.

Figura 1. Scala dimensionale delle nanoparticelle a confronto con altri oggetti (scala logaritmica in nanometri). Credits: nine-polimi.it

La caratteristica più interessante è che queste particelle possono essere programmate per riconoscere specifiche molecole presenti solo sulle cellule tumorali. In questo modo, possono “consegnare” il farmaco esattamente dove serve, senza disperderlo inutilmente.

Nanoparticelle nel trattamento del cancro

Immaginiamo di avere un pacco urgente da consegnare: vuoi assicurarti che arrivi solo al destinatario giusto. Le NP sono progettate per riconoscere le cellule tumorali grazie a “etichette” (markers) specifiche (Figura 2), come proteine o altre molecole presenti solo sulla superficie di cellule anomale.

nanoparticelle rilascio farmaco mirato
Figura 2. Meccanismo di marcaggio selettivo delle nanoparticelle per il trasporto del farmaco in modo mirato. Credits: MedCrave

Oltre a identificare con precisione il bersaglio, le NP possono rilasciare il farmaco in modo controllato, attivandosi solo in presenza di stimoli specifici. Ad esempio, alcune NP sono sensibili alle variazioni di pH tipiche di alcuni ambienti tumorali, facendo sì che questo sia il meccanismo di sblocco per il rilascio del farmaco esclusivamente nelle sito con queste caratteristiche chimico-fisiche.

In altri casi, le NP possono essere progettate per rispondere a stimoli esterni come, ad esempio, le variazioni di un campo magnetico o l’eccitazione molecolare con fonti luminose (laser). Nel primo caso, infatti, il campo magnetico può riscaldare le NP accoppiate con materiali ferromagnetici, rilasciando l’agente chemioterapico o distruggendo direttamente le cellule anomale attraverso il calore selettivo. Allo stesso modo, un laser o una fonte luminosa con una particolare lunghezza d’onda, possono essere utilizzati come interrutori per attivare il rilascio del farmaco solo nella zona irradiata, riducendo ulteriormente i danni ai tessuti sani (Figura 3). Alcune NP sono, invece, sensibili a molecole prodotte dai tumori, come enzimi specifici, che innescano il rilascio del farmaco. Infine, la tecnologia degli ultrasuoni può essere impiegata per rompere le nanoparticelle o creare microbolle che facilitano la diffusione del farmaco direttamente nel tessuto bersaglio. 

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Figura 3. Attivazione del rilascio di farmaco chemioterapico legato alle nanoparticelle tramite applicazione di luce ultravioletta. Credits: cnr.it 

Grazie a questi meccanismi, le NP rappresentano uno strumento rivoluzionario per la somministrazione mirata dei farmaci, aumentando l’efficacia del trattamento e riducendo al minimo gli effetti collaterali.

Vantaggi rispetto alla chemioterapia tradizionale

La chemioterapia tradizionale non è sempre la soluzione ideale per i pazienti. Sebbene possa essere efficace nel combattere le cellule tumorali, ha anche molti effetti collaterali indesiderati. I farmaci chemioterapici non sono in grado di distinguere tra cellule sane e malate, e di conseguenza danneggiano anche i tessuti sani. Questo porta a sintomi come perdita di capelli, stanchezza, nausea e indebolimento del sistema immunitario.

Le nanoparticelle offrono un trattamento mirato per il cancro grazie alla loro capacità di dirigere i farmaci direttamente alle cellule tumorali. Con tale precisione, le nanoparticelle minimizzano il danneggiamento delle cellule sane e dei tessuti circostanti. L’azione localizzata non solo riduce gli effetti collaterali, ma migliora anche la qualità della vita del paziente durante il trattamento.

Azione localizzata ed endocitosi

Altri vantaggi sono quindi:

  • Una somministrazione più efficiente del farmaco – Poiché le NP rilasciano il principio attivo direttamente nel tumore, si riduce la quantità di farmaco necessaria per ottenere un risultato efficace, rendendo il trattamento più economico e meno invasivo.
  • La possibilità di combinare diversi farmaci all’interno della stessa nanoparticella, ottimizzando il trattamento – Ad esempio, si può combinare un farmaco che agisce direttamente sul tumore con uno che stimola il sistema immunitario, potenziando l’efficacia del trattamento. In questo modo, si possono affrontare tumori più complessi o resistenti, aumentando le probabilità di successo della terapia.

Studi recenti

Il potenziale delle NP nel trattamento del cancro è stato esplorato in numerosi studi preclinici e clinici, mostrando risultati promettenti in molteplici ambiti.

Un esempio significativo è l’uso delle nanoparticelle lipidiche per somministrare farmaci chemioterapici. Nel trattamento del cancro al seno, alcune nanoparticelle lipidiche sono state progettate per trasportare Paclitaxel, un farmaco comunemente usato in chemioterapia. Grazie alla loro capacità di accumularsi selettivamente nelle cellule tumorali tramite il fenomeno dell’EPR (Enhanced Permeability and Retention), queste nanoparticelle proteggono il farmaco dalla degradazione prematura nel sangue e ne consentono il rilascio mirato.

Attivazione del rilascio del farmaco

Un altro esempio riguarda l’uso delle nanoparticelle a base oro (Figura 4). Queste particelle, sensibili alla luce infrarossa, possono generare calore quando illuminate da un laser, distruggendo le cellule tumorali circostanti attraverso la terapia fototermica. Questo approccio è stato testato con successo su tumori della pelle e del fegato in modelli animali.

nanoparticelle oro applicazioni
Figura 4. Applicazioni delle nanoparticelle a base oro (AuNP). Credits: Science Direct

Le nanoparticelle magnetiche (NM) rappresentano un’ulteriore innovazione. Costituite spesso da ossidi di ferro biocompatibili come magnetite (Fe3O4) e maghemite (γ-Fe2O3), queste particelle possono essere guidate verso specifici tessuti tumorali utilizzando campi magnetici esterni. Tale meccanismo permette di veicolare i farmaci con precisione, riducendo gli effetti collaterali sistemici. 

Nanoparticelle magnetiche

Limitazioni

Ci sono ancora delle limitazioni riguardo l’uso delle nanoparticelle. La loro produzione su larga scala di alta qualità e uniformità può essere complessa e costosa. Inoltre, nonostante i progressi nella ricerca, la loro applicazione clinica è ancora limitata, principalmente a causa della necessità di ulteriori studi per garantire la sicurezza a lungo termine. Anche la variabilità individuale nella risposta ai trattamenti basati su nanoparticelle rappresenta una sfida, poiché fattori come il metabolismo o il sistema immunitario del paziente possono influenzare l’efficacia del trattamento. Infine, il rilascio non controllato o la dispersione delle nanoparticelle nel corpo potrebbero causare effetti indesiderati, richiedendo ulteriori miglioramenti nelle tecniche di marcaggio mirato.

Conclusioni e prospettive future

Il futuro delle nanoparticelle nella terapia del cancro è promettente, con sviluppi significativi nella ricerca preclinica e clinica. Le nanoparticelle multifunzionali, che combinano farmaci e diverse modalità di trattamento come terapia fototermica, ipertermia magnetica e somministrazione mirata, offrono nuove opportunità terapeutiche. Un esempio interessante è l’uso di nanoparticelle in grado di rilevare precocemente le cellule tumorali tramite imaging diagnostico, rilasciando farmaci contemporaneamente per il trattamento.

L’intelligenza artificiale (IA) e il machine learning stanno rivoluzionando la progettazione delle nanoparticelle, consentendo di personalizzarle in base ai biomarcatori specifici di diversi tumori. Un interessante caso applicativo è rappresentato dalle nanoparticelle utilizzate per diagnosticare il cancro ovarico.

Inoltre, l’IA sta migliorando l’integrazione della nanomedicina con l’immunoterapia, potenziando trattamenti innovativi come i checkpoint inibitori, con il potenziale di superare le limitazioni delle terapie convenzionali. Nonostante questi progressi, le sfide restano, tra cui la necessità di studi a lungo termine per garantire sicurezza ed efficacia, e i costi elevati che potrebbero limitare l’accessibilità delle terapie.

Con il progresso tecnologico e la collaborazione tra ricercatori, clinici e aziende farmaceutiche, si può prevedere che queste tecnologie diventeranno parte integrante delle terapie oncologiche nel prossimo futuro, migliorando significativamente le prospettive di vita per i pazienti affetti da cancro.


Fonti e approfondimenti
  • Fondazione Humanitas Ricerca – Nanoparticelle a caccia di cellule
  • Chemical Society Reviews – Design, functionalization strategies and biomedical applications of targeted biodegradable/biocompatible polymer-based nanocarriers for drug delivery
  • Cordis Europa – Multifunctional Nanotechnology for selective detection and Treatment of cancer
  • Frontiers in Medical Technology – Nanoparticles and convergence of artificial intelligence for targeted drug delivery for cancer therapy: Current progress and challenges
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Informazioni autore

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Alessia Tozzi

Ingegnere Biomedico laureata presso l'Università degli studi Gabriele d'Annunzio (Pescara)
Studentessa magistrale in Materials and Nanotechnology con curriculum Biomaterials presso l'Università di Pisa e la Scuola Normale Superiore

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