“Trojan horse” nanoshells offer hope for more effective cancer treatment / Le nanoshell "cavallo di Troia" offrono speranza per un trattamento più efficace del cancro.
Nanoshell d'oro (arancio e blu pallido) caricato con lapatinib (stelle gialle in albumina (azzurro scuro): il laser rilascia il farmaco
Combining nanoshells – laser-activated drug-loaded particles – with white blood cells could carry chemotherapy agents into tumours to reduce side-effects
One of the difficulties of treating cancer is getting drugs into tumour cells. Chemotherapy agents tend to get pushed out rather than being drawn in, so dosage levels have to be high for the treatment to be effective. As the drugs are often toxic, this leads to nausea and other harmful side effects. Researchers at Rice University in Houston, Texas are working on a strategy that promises to use the immune system to send tiny hollow particles loaded with drugs deep into tumours where they can be activated with a laser, releasing their payload exactly where needed and nowhere else.
The technique uses gold nanoshells — spheres of glass about a tenth of the size of red blood cells, coated with a thin shell of gold. Invented at Rice in the 1990s by engineer, chemist and physicist Naomi Halas, they can be loaded on their exteriors with drug active ingredients then released into cells. The drugs remain attached to the gold surface until the shells are activated with light; a near-infrared laser, capable of harmlessly penetrating living tissue, which heats up the nanoshell causing its load to detach and get to work inside the cell.
Halas has been investigating nanoshells’ anticancer potential for 15 years, and in the current research, published in the Proceedings of the National Academy of Sciences(PNAS), she and Susan Clare, a breast cancer surgeon, and colleagues at Rice, Northwestern University in Illinois and the University of Copenhagen, are looking at drugs that are particularly difficult to administer— tyrosine kinase inhibitors — which target specific proteins found in several different types of cancer, including leukaemia and tumours of the lung, pancreas, kidney, stomach , liver and thyroid.
“All the tyrosine kinase inhibitors are notoriously insoluble in water,” said Amanda Goodman, lead author of the PNAS study. “As a drug class, they have poor bioavailability, which means that a relatively small proportion of the drug in each pill is actually killing cancer cells.”
The study involved using nanoshells to deliver cytotoxic dosages of two drugs — the tyrosine kinase inhibitor lapatinib and docotaxel — into cultured breast cancer cells and then activating the shells with a laser after they had been absorbed. The laser, even at low power, is capable of penetrating through to tumours several inches below the skin, and the study showed that no drug molecules were released until the nanoshells were activated, at which point the whole load was shed.
The study used nanoshell-drug conjugates, with the docotaxel attached to the gold with a DNA linker and the lapatanib trapped in a coating of albumin, a protein found in blood. The lead author of the PNAS paper, Amanda Goodman, looked at the effectiveness of different types of laser in activating the nanoshells. This study confirms the clinical applicability of the technique, but the next phase will involve getting the drugs into real tumours in animals rather than cultured cells, for which a different strategy will be needed.
“In future studies, we plan to use a Trojan-horse strategy to get the drug-laden nanoshells inside tumours,” said Halas. “Macrophages, a type of white blood cell that’s been shown to penetrate tumours, will carry the drug-particle complexes into tumours, and once there we use a laser to release the drugs.”
Clare added: “Our hope is that the combination of macrophages and triggered drug-release will boost the effective dose of drugs within tumours so that patients can take less rather than more.”
The next phase of the research is likely to involve testing on mice. “I’m particularly excited about the potential for lapatinib,” Clare said. “The first time I heard about Naomi’s work, I wondered if it might be the answer to delivering drugs into the anoxic (depleted of oxygen) interior of tumours where some of the most aggressive cancer cells lurk. As clinicians, we’re always looking for ways to keep cancer from coming back months or years later, and I am hopeful this can do that.”
ITALIANO
Combinando nanoshells - le particelle caricate con il farmaco attivato dal laser - con le cellule del sangue bianco si potrebbero portare agenti chemioterapici nei tumori per ridurre gli effetti collaterali
Una delle difficoltà nel trattamento del cancro è l'introduzione di farmaci nelle cellule tumorali. Gli agenti della chemioterapia tendono ad essere spinti piuttosto che essere progettati in modo che i livelli di dosaggio debbano essere alti perchè il trattamento sia efficace. Poiché i farmaci sono spesso tossici, ciò porta alla nausea e ad altri effetti secondari dannosi. I ricercatori della Rice University di Houston, Texas, stanno lavorando su una strategia che promette di utilizzare il sistema immunitario per inviare piccole particelle cave caricate di farmaci in profondità nei tumori dove possono essere attivate con un laser, rilasciando il loro carico esattamente ove necessario e in nessun altro posto.
La tecnica utilizza nanoshells d'oro - sfere di vetro di circa un decimo della dimensione dei globuli rossi, rivestiti con un sottile guscio d'oro. Inventato a Rice negli anni '90 da un ingegnere, chimico e fisico Naomi Halas, possono essere caricati sui loro esteri con principi attivi di farmaci, poi rilasciati in cellule. I farmaci rimangono attaccati alla superficie d'oro finché le conchiglie non vengono attivate con luce; un laser a raggi infrarossi, capace di penetrare innocuamente il tessuto vivente, che riscalda il nanofilo, causando il carico del suo farmaco a scendere e lavorare all'interno della cella.
Halas sta studiando il potenziale antitumorale dei nanoshells per 15 anni e nella ricerca attuale, pubblicata negli Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze (PNAS), Susan Clare, un chirurgo del cancro al seno e colleghi di Rice, Northwestern University Illinois e l'Università di Copenaghen, stanno esaminando farmaci che sono particolarmente difficili da somministrare - inibitori della chinasi della tirosina - che mirano a proteine specifiche trovate in diversi tipi di cancro, tra cui leucemia e tumori del polmone, del pancreas, del rene, dello stomaco, del fegato e tiroide.
"Tutti gli inibitori della chinasi di tirosina sono notoriamente insolubili in acqua", ha dichiarato Amanda Goodman, autore principale dello studio PNAS. "Come classe di farmaco, hanno una scarsa biodisponibilità, il che significa che una percentuale relativamente piccola del farmaco in ogni pillola sta uccidendo le cellule tumorali".
Lo studio ha coinvolto utilizzando nanoshells per fornire dosaggi citotossici di due farmaci - l'inibitore della tirosina-chinasi lapatinib e docotaxel - in cellule coltivate di cancro al seno e quindi attivando le conchiglie con un laser dopo che erano state assorbite. Il laser, anche a bassa potenza, è in grado di penetrare attraverso tumori diversi pollici sotto la pelle, e lo studio ha dimostrato che nessuna molecola di farmaco è stata rilasciata fino a quando le nanoshells sono state attivate, a quel punto tutto il carico è stato rilasciato.
Lo studio ha utilizzato i coniugati nanoshell-drug, con il docotaxel attaccato all'oro con un DNA linker e il lapatanib intrappolato in un rivestimento di albumina, una proteina trovata nel sangue. L'autore principale del documento PNAS, Amanda Goodman, ha esaminato l'efficacia di diversi tipi di laser nell'attivazione delle nanoshells. Questo studio conferma l'applicabilità clinica della tecnica, ma la fase successiva comporterà la somministrazione di farmaci in tumori reali negli animali piuttosto che nelle cellule coltivate, per le quali sarà necessaria una strategia diversa.
"Negli studi futuri, abbiamo intenzione di utilizzare una strategia di Trojan Horse per ottenere i nanoshells caricati da farmaci all'interno dei tumori", ha dichiarato Halas. "Macrofagi, un tipo di globuli bianchi che è stato dimostrato capace di penetrare nei tumori, porterà i complessi di droga-particelle in tumori e dopo usiamo un laser per liberare i farmaci".
Clare ha aggiunto: "La nostra speranza è che la combinazione di macrofagi e il rilascio di farmaci innescato aumentino la dose efficace di farmaci all'interno dei tumori in modo che i pazienti possano prendere meno farmaci .
La prossima fase della ricerca è probabile che comporti test sui topi. "Sono particolarmente entusiasta del potenziale per lapatinib", ha detto Clare. "La prima volta che ho sentito parlare del lavoro di Naomi, mi sono chiesto se fosse la risposta alla consegna di farmaci negli anossici (esauriti di ossigeno) interni di tumori dove alcune delle cellule tumorali più aggressive si nascondono. Come medici, siamo sempre alla ricerca di modi per impedire che il cancro ritorni mesi o anni dopo, e spero che questo possa farlo ".
Da:
https://www.theengineer.co.uk/nanoshells-cancer-treatment-laser/?cmpid=tenews_4282974&adg=B69ABBDE-DA23-4BA2-B8C3-86E1E1A9FA79
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