Nuove nanoparticelle di metalli liquidi per il cancro p

I ricercatori sviluppano un nuovo agente teranostico contro il cancro in grado di convertire l’energia luminosa in calore e, a sua volta, distruggere le cellule tumorali

Istituto Avanzato di Scienza e Tecnologia del Giappone

immagine: Una versatile lega di gallio-indio di metallo liquido (LM) è stata utilizzata per sviluppare una nuova nanoparticella LM che ospita un immunomodulante e un inibitore del checkpoint immunitario, Anti-PD-L1. Dopo l'irradiazione con luce nel vicino infrarosso, l'Anti-PD-L1 si lega specificamente alla cellula tumorale, mentre gli immunostimolanti attivano le cellule T e dendritiche. Questa attivazione sinergica unita all’effetto fototermico elimina efficacemente la cellula tumorale quasi immediatamente.vedere di più

Credito: Eijiro Miyako di JAIST.

Ishikawa, Giappone – 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 LM convertono l’energia luminosa in energia termica, uccidendo così le cellule cancerose. La fototerapia basata su LM è superiore alla terapia antitumorale 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 LM sintetizzata (PEG-IMIQ-LM) contiene una lega LM eutettica gallio-indio (EGaIn) e un modulatore immunologico imiquimod (IMIQ), entrambi incorporati all'interno di un tensioattivo biocompatibile DSPE-PEG2000-NH2. I risultati dettagliati del loro studio sono stati pubblicati su Advanced Functional Materials.

“Crediamo che la convergenza dell’ingegneria nano-immunologica e della tecnologia LM potrebbe fornire una modalità promettente per innescare risposte immunitarie ideali per il progresso dell’immunoterapia contro il 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 a condurre questo studio.

Innanzitutto, il gruppo di ricerca ha preparato nanoparticelle LM disperdibili in acqua attraverso un semplice processo di sonicazione in un unico passaggio utilizzando DSPE-PEG2000-NH2 per introdurre IMIQ. Questo è considerato un enorme passo avanti, poiché EGaIn LM è intrinsecamente un materiale immiscibile con l'acqua. 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, proporzionale all'aumento della concentrazione delle nanoparticelle. Questi risultati hanno confermato che la nanoparticella PEG-IMIQ-LM era un trasportatore 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 nei fibroblasti umani (MRC5) e nelle cellule di cancro del colon di topo (Colon26). Per valutare il grado di internalizzazione e distribuzione delle particelle, un colorante fluorescente noto come verde indocianina (ICG) è stato introdotto nella particella attraverso la sonicazione, risultando nella particella PEG-ICG-IMIQ-LM. La microscopia fluorescente (FL) dotata di un raggio laser ha dimostrato che la particella LM mostrava una forte fluorescenza a varie lunghezze d'onda NIR e distruggeva immediatamente le cellule Colon26. Pertanto, le particelle LM potrebbero non solo fornire in modo efficiente l’immunomodulante, ma potrebbero anche consentirne il tracciamento in tempo reale ed eliminare specifiche cellule tumorali.

Infine, il team ha sviluppato un nanostimolatore immunitario LM poliedrico per la terapia teranostica del cancro. Per fare ciò, hanno aggiunto l’anticorpo anti-ligando-1 della morte programmata (Anti-PD-L1), uno degli inibitori del checkpoint immunitario più promettenti, alla nanoparticella LM fluorescente esistente. La particella modificata, Anti-PD-L1‒PEG–ICG–IMIQ–LM, è stata dispersa in modo efficiente con una fluorescenza significativa. Con l’aumentare del tempo successivo all’irradiazione, la temperatura della superficie del tumore aumentava linearmente, indicando l’effetto antitumorale della nanoparticella.