Scoperti nanomateriali 4D promettenti per la cura dei tumori

Passi in avanti nell'utilizzo dei nanomateriali per la cura del cancro. Un gruppo di ricercatori dell’Università di Padova ha infatti scoperto che nanoparticelle inorganiche a base di una lega di oro e ferro, due elementi biocompatibili e quindi particolarmente adatti per applicazioni in ambito biomedico, riescono a biodegradarsi spontaneamente negli organismi viventi. Si tratta di una proprietà, descritta sulla rivista ACS Nano, che consente di progettare nuove terapie più efficaci e sicure contro i tumori. Le nanoparticelle riescono ad essere efficaci perché riescono a centrare il loro bersaglio senza la necessità di sovradosaggi, ai quali sono associati pericolosi effetti collaterali. Tuttavia, tendono a permanere nell’organismo per un tempo indefinito, con importanti rischi per la salute dei pazienti. Idealmente quindi, le nanomedicine dovrebbero comportarsi come un materiale 4D, sviluppando nanoparticelle per la diagnosi (ad esempio tramite risonanza magnetica o tac) e la terapia del cancro che abbiano come requisito principale la capacità di biodegradarsi, di non accumularsi nel corpo, limitandone in questo modo gli effetti collaterali.

Lo studio ha dimostrato, dopo due anni di lavoro, come le nanoleghe metastabili, cioè in stato di non equilibrio, a base di oro-ferro potrebbero essere le candidate ideali allo scopo. In particolare, la ricerca, partita da un’indagine teorico-computazionale, ha mostrato come gli atomi di oro e ferro debbano disporsi all’interno delle nanoparticelle perché queste ultime si biodegradino spontaneamente negli organismi viventi. La chiave di tutto lo studio è stato trovare un modo per “costringere” ferro e oro a coesistere in proporzioni che in natura non sono praticabili. Per questo scopo, sono state usate tecniche di sintesi laser in liquido per produrre nanoparticelle bimetalliche di lega Au-Fe capaci di biodegradarsi. Queste nanoparticelle metastabili sono state testate anche in vivo e hanno dimostrato di abbandonare l’organismo dopo un periodo non eccessivamente lungo, al contrario di altre nanoparticelle a base solo di oro o solo di ossido di ferro che invece tendono a persistere per tempi molto più lunghi. Le implicazioni vanno dalla diagnostica alla terapia.  "Attualmente – spiega Vincenzo Amendola, docente del dipartimento di Scienze Chimiche dell’Università di Padova e coordinatore dello studio – non si usano nanomateriali come agenti di contrasto, ma composti molecolari. Per quanto riguarda la risonanza magnetica nucleare si usano dei chelati di gadolinio, che però possono accumularsi nei tessuti e stimolare delle risposte immunitarie o di tipo allergico. Hanno una bio-persistenza limitata nel tempo e quindi costringono gli operatori a somministrare dosi molto elevate con possibili effetti collaterali a carico, per esempio dei reni, dove questi composti si accumulano prevalentemente nelle primissime ore dopo la somministrazione. C’è una casistica piuttosto importante di effetti collaterali legati all’accumulo degli agenti di contrasto molecolari utilizzati in clinica".

Per i nanomateriali studiati come alternative il problema è opposto, dato che tendono ad accumularsi nell’organismo e restare lì per un tempo indefinito. “Noi ci siamo concentrati su nanomateriali 4D, che possiedono la capacità di cambiare forma, dimensione e struttura nel tempo e sono in grado di degradarsi e scomparire spontaneamente dopo l’uso. Ebbene - dice Amendola - abbiamo dimostrato sperimentalmente che le nanoparticelle di leghe oro-ferro contenenti i due elementi in proporzioni di 'non- equilibrio' possiedono tali caratteristiche”.  Avere un nanomateriale di questo tipo da utilizzare come agente di imaging è particolarmente importante a livello clinico, perché può essere ridotta la dose somministrata al paziente e anche i tempi di attesa nell’imaging stesso, fondamentale soprattutto nel trattamento del tumore in cui i tempi sono decisivi.