Uno studio dell’Università di Chicago, utilizzando strutture metallo-organiche su nanoscala, è in grado di migliorare la risposta immunitaria alle cellule tumorali, aprendo la possibilità, in futuro, a vaccini personalizzati contro il cancro.

Le nanotecnologie e la medicina di precisione promettono molto all’oncologia. Le prime si occupano del controllo della materia su scala dimensionale nell’ordine del nanometro (un miliardesimo di metro), mentre la seconda, detta anche medicina personalizzata, include misure diagnostiche e terapeutiche “su misura” del singolo paziente, in base al corredo biologico e genetico di ognuno.

Su entrambe le sfere, coniugate insieme, da alcuni anni si sta concentrando l’interesse del mondo scientifico. Il valore delle nanotecnologie in medicina risiede nella loro capacità di agire su una scala – quella “nano”, appunto – da 100 a 10.000 volte più piccola di quella della cellula umana, consentendo alle nanoparticelle di muoversi allo stesso livello dimensionale dei processi biologici, compresi quelli che portano alla formazione delle cellule tumorali.

Un’applicazione particolarmente rilevante in ambito oncologico è la diagnostica. In passato, sono stati sviluppati mezzi di contrasto costituiti da nanoparticelle che, grazie alle loro proprietà e a particolari tecnologie, individuano il tumore con una precisione elevatissima.

A tale riguardo, sono significativi i lavori dei ricercatori della Stanford University e del Memorial Sloan Kettering Cancer Center negli Stati Uniti, i quali, alcuni anni fa, hanno sviluppato nanoparticelle capaci di delineare i margini dei tumori cerebrali prima e durante l’intervento.

Ma le dimensioni estremamente ridotte delle nanoparticelle sono vincenti anche in campo terapeutico, dove vengono applicate per attraversare le pareti dei vasi sanguigni e arrivare dritte al tumore, riuscendo ad accumularsi all’interno della massa tumorale per distruggerla. In alcuni casi, queste nanoparticelle terapeutiche sono in grado di individuare la cellula tumorale e di aggredirla solo dopo essere state attivate dall’esterno, per mezzo della luce o delle microonde.

Ricordiamo, tuttavia, che si tratta di studi ancora in fase sperimentale, che necessitano di validazioni cliniche che ne stabiliscano tollerabilità ed efficacia.

Nanotecnologie e medicina di precisione per un trattamento “mirato” contro il cancro

Una delle sfide maggiori nello studio e nella messa a punto di trattamenti mirati contro il cancro, è l’eterogeneità delle stesse cellule tumorali. Tale mancanza di omogeneità rende difficile, per il sistema immunitario, riconoscere, rispondere e combattere attivamente i tumori.

A questo proposito, uno studio pubblicato lo scorso 2 ottobre su Science Advances dimostra come l’utilizzo di strutture metallo-organiche caricate su nanoscala generino radicali liberi all’interno del tessuto tumorale e come questi siano, poi, in grado di distruggere direttamente le cellule tumorali.

Queste stesse strutture metallo-organiche possono, inoltre, essere utilizzate per attivare molecole note come PAMP (acronimo inglese di Pathogen Associated Molecular Patterns, molecole caratteristiche di alcuni agenti patogeni,) stimolando la risposta immunitaria contro le cellule tumorali.

Combinando questi due approcci – generazione di radicali liberi all’interno del tessuto tumorale e attivazione delle molecole PAMP – si potrebbe giungere a una nuova tecnologia per un trattamento locale, mirato e sistemico dei tumori.

Per intenderci, la nanoscala si riferisce a strutture con una scala di lunghezza variabile da 1 a 100 nanometri, dove un nanometro è pari a un miliardesimo di metro e a un milionesimo di millimetro. Ma vediamo più da vicino di che cosa si tratta.

Si punta all’attivazione di una risposta immunitaria sempre più corretta contro il cancro

Lo studio pubblicato su Science Advances fa riferimento alla collaborazione tra il Lin Group del Dipartimento di Chimica dell’Università di Chicago e il Weichselbaum Lab presso l’Università di Chicago Medicine, i cui team di ricerca hanno unito i saperi della chimica inorganica e della biologia molecolare oncologica per focalizzarsi sulla spinosa questione dell’attivazione corretta (nell’aggettivo “corretta” risiede il cuore del problema) della risposta immunitaria contro il cancro.

Questo lavoro ha sfruttato le proprietà uniche delle strutture metallo-organiche su nanoscala (denominate per mezzo della sigla nMOF), organizzate in una formazione reticolare in grado di infiltrarsi nei tumori.

Questi nMOF – per generare elevate concentrazioni di radicali liberi e uccidere, così, “direttamente” le cellule tumorali (e nessun altro tessuto) e produrre antigeni che stimolano il sistema immunitario a riconoscere e a eliminare le cellule cancerose, proprio come avviene quando di somministra un vaccino – vengono irradiati per mezzo di raggi X.

In questo nuovo studio, i ricercatori hanno perfezionato ulteriormente un approccio sviluppato in passato, generando un nuovo tipo di struttura nMOF, in grado anche di trasportare farmaci.

Che cosa accade, dunque, quando vengono somministrati gli nMOF al paziente? L’irradiazione del tessuto con raggi X ha un doppio effetto: attiva gli nMOF per uccidere le cellule tumorali locali e produrre antigeni (sostanze che provocano la formazione di anticorpi) contro il tumore e rilascia i PAMP (Pathogen Associated Molecular Patterns), i quali innescano un’attivazione molto più forte della risposta immunitaria alle cellule tumorali.

Durante i test clinici, questo “mix” è stato in grado di uccidere le cellule tumorali del colon e del pancreas, anche in presenza di tumori altamente resistenti ad altri tipi di immunoterapia.

“Integrando la somministrazione di strutture metallo-organiche su nanoscala (nMOF) con la somministrazione di PAMP, è la prima volta che siamo stati in grado di migliorare davvero la risposta immunitaria alle cellule tumorali“

spiega uno degli autori della ricerca, Wenbin Lin, professore di chimica presso il James Franck Institute dell’Università di Chicago e ricercatore di immunologia dei tumori presso il Ludwig Cancer Center a Chicago. E conclude:

“Questo è completamente diverso da tutti i nostri studi precedenti. Questa volta siamo riusciti a dimostrare che gli nMOF più PAMP possono avere un impatto su tutti gli aspetti relativi all’attivazione del sistema immunitario. E in futuro ci auguriamo che si possa utilizzare questa nano-formulazione per effettuare vaccinazioni personalizzate contro il cancro, superando così l’annoso ostacolo dell’eterogeneità”