Farmaci senza punture, iniettati da un soffio d’aria

 

Un team sta utilizzando questo metodo per fornire chemioterapici e adiuvanti come potenziale trattamento per il melanoma, la forma più grave di cancro della pelle.

 

L’idea del progetto è nata dalla noia indotta dalla pandemia al ricercatore Jeremiah Gassensmith, all’Università del Texas a Dallas, che aveva ordinato pezzi economici di un sistema di iniezione a getto alimentato a gas compresso con cui scherzare mentre era bloccato a casa.

Ha poi coinvolto il suo studente Yalini Wijesundara, che in precedenza aveva studiato altri iniettori a getto risalenti al 1960 che utilizzano gas compresso per iniettare uno stretto flusso di fluido.

Se gli iniettori potessero essere modificati per sparare solidi, ha pensato, potrebbero consegnare anche carichi racchiusi in strutture metallo-organiche, o MOF.

Queste strutture sono porose e cristalline e agiscono come “gabbie” molecolari per incapsulare un’ampia varietà di materiali, inclusi acidi nucleici e proteine.

Combinando l’iniettore a getto con il lavoro esistente del laboratorio sui MOF, Wijesundara ha creato un “MOF-Jet”.

Il getto può fornire polveri alle cellule, letteralmente, sparandole con l’aria.

Gli iniettori a getto in precedenza hanno visto un uso diffuso nell’esercito, ma erano dolorosi e il fluido spesso schizzava indietro, potenzialmente diffondendo altre malattie come l’epatite B.

Un discendente moderno è la “pistola genetica”, che viene tipicamente utilizzata in medicina veterinaria e può costare decine di migliaia di dollari.

Questi dispositivi sparano anche carichi biologici nelle cellule. In questo caso, il carico è attaccato alla superficie di una microparticella metallica, tipicamente fatta di oro o tungsteno.

Ma una volta penetrato nella pelle, le particelle metalliche rimangono lì e possono accelerare la degradazione del materiale biologico.

Una strategia diversa sarebbe quella di mettere il carico all’interno di un MOF. Il gruppo di Gassensmith ha precedentemente lavorato con il MOF chiamato zeolitico-imidazolato quadro otto, o ZIF-8.

“Rispetto all’oro, è economico e protegge i materiali biologici, come gli acidi nucleici”, spiega Wijesundara.

“Possiamo anche conservare le formulazioni dei vaccini al suo interno come polveri a temperatura ambiente, il che elimina la necessità delle temperature estremamente fredde richieste da molti vaccini liquidi”.

Il team ha racchiuso una varietà di materiali biologici all’interno di ZIF-8, che li ha protetti dalla scomposizione troppo rapida.

Per consegnare i materiali nelle cellule, il team ha utilizzato il proprio “MOF-Jet” modificato e ispirato alla pistola genetica.

Wijesundara ha creato “proiettili” per il dispositivo, ciascuno caricato con una dose di ZIF-8 funzionalizzato, e uno sbuffo di gas ha sparato la formulazione in polvere nelle cellule, che era facile come “puntare e sparare”.

Hanno testato il loro sistema e hanno dimostrato che il MOF-Jet ha consegnato un gene involucro in ZIF-8 alle cellule di cipolla e una proteina incapsulata in ZIF-8 ai topi.

Armeggiando con il MOF-Jet, Wijesundara si rese presto conto che il rilascio del carico poteva essere regolato semplicemente cambiando il gas di trasporto dell’iniettore.

ZIF-8 è sensibile agli ambienti acidi e quando l’anidride carbonica reagisce con l’acqua nelle cellule, produce acido carbonico che, a sua volta, aiuta a rompere il MOF.

“Se lo spari con anidride carbonica, rilascerà il suo carico più velocemente all’interno delle cellule; Se usi aria normale, ci vorranno quattro o cinque giorni”, spiega.

Ciò significa che lo stesso farmaco potrebbe essere rilasciato su scale temporali diverse senza modificarne la formulazione. “Una volta che ce ne siamo resi conto, ha aperto molte possibilità”, afferma Gassensmith.

Il team sta ora utilizzando questo metodo per fornire chemioterapici e adiuvanti come potenziale trattamento per il melanoma, la forma più grave di cancro della pelle.

Dicono che poiché il MOF-Jet può disperdere materiale su una vasta area, potrebbe distribuire una terapia del cancro in un melanoma in modo più uniforme rispetto a un ago, che è l’attuale metodo di consegna.

E semplicemente controllando il gas di trasporto, potrebbero fornire chemioterapici con un lasso di tempo a rilascio rapido o lento, a seconda delle esigenze del paziente.

Sebbene la ricerca sia ancora in corso, gli esperimenti preliminari stanno dando risultati promettenti.

Wijesundara e Gassensmith affermano che l’adattabilità del loro MOF-Jet potrebbe consentire un ampio numero di applicazioni, dalla medicina veterinaria all’agricoltura, o un giorno anche vaccinazioni o trattamenti umani.

 

Foto: Jeremiah Gassensmith