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Nella terapia fototermica contro il cancro le nanoparticelle funzionali di metallo liquido convertono l’energia luminosa in energia termica, uccidendo così le cellule cancerose.
I metalli liquidi (LM) come il gallio puro (Ga) e le leghe a base di Ga sono una nuova classe di materiali con proprietà fisico-chimiche uniche.
Una delle applicazioni più importanti dei LM è la terapia fototermica contro il cancro, in cui le nanoparticelle funzionali di LM convertono l’energia luminosa in energia termica, uccidendo così le cellule cancerose.
La fototerapia basata su LM è superiore alla terapia tradizionale, grazie alla sua elevata specificità, ripetibilità e bassi effetti collaterali.
In un nuovo studio all’avanguardia, il professore associato Eijiro Miyako e i suoi colleghi del Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) hanno sintetizzato nanoparticelle multifunzionali a base di Ga che combinano la fototerapia del cancro con l’immunoterapia.
La nuova nanoparticella (PEG-IMIQ-LM) contiene una lega gallio-indio (EGaIn) e un modulatore immunologico imiquimod (IMIQ), entrambi incorporati all’interno di un tensioattivo biocompatibile DSPE-PEG2000-NH2. I risultati del loro studio sono stati pubblicati su Advanced Functional Materials.
“Riteniamo che la convergenza tra ingegneria nano-immuno e tecnologia LM potrebbe fornire una modalità promettente per innescare risposte immunitarie ideali per far progredire l’immunoterapia del cancro. In questo studio, riportiamo nanoparticelle LM multifunzionali attivabili dalla luce con immunostimolanti per combinare la terapia fototermica con l’immunoterapia”, afferma il dott. Miyako, mentre discute la motivazione del team per condurre questo studio.
Ulteriori indagini hanno confermato che LM si disintegra per garantire la consegna dell’IMIQ al bersaglio. Inoltre, la nanoparticella preparata ha mostrato un aumento lineare dell’assorbanza nella regione del vicino infrarosso (NIR) a 808 nm, confermando la sua natura otticamente attivabile.
Quando la soluzione acquosa della nanoparticella LM è stata irradiata dal laser NIR (808 nm), il team ha osservato un notevole aumento della temperatura della soluzione, che era proporzionale all’aumento della concentrazione di nanoparticelle.
Questi risultati hanno confermato che la nanoparticella PEG-IMIQ-LM era un vettore di farmaci fototermici robusto e stabile, adatto per l’immunoterapia.
Ulteriori esperimenti hanno rivelato che le nanoparticelle LM erano estremamente sicure e non causavano citotossicità nelle cellule di fibroblasti umani (MRC5) e cancro del colon di topo (Colon26).
Per valutare il grado di internalizzazione e distribuzione delle particelle, un colorante fluorescente noto come verde di indocianina (ICG) è stato introdotto nelle particelle.
La microscopia fluorescente dotata di un raggio laser ha dimostrato che la particella LM mostrava una forte fluorescenza a varie lunghezze d’onda e distruggeva immediatamente le cellule Colon26.
Pertanto, le particelle LM potrebbero non solo fornire in modo efficiente l’immunomodulante, ma potrebbero anche consentire il loro monitoraggio in tempo reale ed eliminare specifiche cellule tumorali.
Infine, il team ha sviluppato un nanostimolatore immunitario LM multiforme per la teranostica del cancro. Per fare ciò, hanno aggiunto l’anticorpo (Anti-PD-L1), uno dei più promettenti inibitori del checkpoint immunitario, alla nanoparticella fluorescente LM esistente.
La particella modificata è stata dispersa in modo efficiente con una significativa fluorescenza. Con l’aumentare del tempo dopo l’irradiazione, la temperatura superficiale del tumore è aumentata linearmente, indicativa dell’effetto antitumorale della nanoparticella.
L’aggiunta di Anti-PD-L1 sulla nanoparticella ha permesso il legame della particella LM a PD-L1 sulle cellule tumorali, contrassegnandole per essere distrutte da parte di macrofagi e cellule dendritiche.
Le particelle anti-PD-L1-PEG-IMIQ-LM indotte dal laser hanno mostrato la rimozione del cancro più alta e completa, insieme a una guarigione e un recupero più rapidi.
Inoltre, quando il tumore si è ripresentato, i topi trattati con particelle anti-PD-L1-PEG-IMIQ-LM indotte dal laser hanno mostrato un’efficacia antitumorale sostenuta e una sopravvivenza prolungata.
Mentre discute le implicazioni future dello studio, il Dr. Miyako afferma: “Riteniamo che questi effetti immunologici sinergici e le nanofunzioni ottiche dei LM abbiano ampie applicazioni terapeutiche e potrebbero contribuire a tecnologie terapeutiche innovative per il cancro. Siamo fiduciosi che questa tecnologia sarà disponibile per gli studi clinici in 10 anni”.
Immagine: Eijiro Miyako JAIST
