Nanobot del MIT: precisione millimetrica contro il cancro

I ricercatori del MIT hanno sviluppato un metodo per la produzione in serie di nanoparticelle specializzate – "nanobot" medici virtuali – in grado di somministrare farmaci antitumorali direttamente ai tumori. Questa tecnologia promette di rivoluzionare il trattamento del cancro, aumentandone l'efficacia e riducendone gli effetti collaterali devastanti.

La nanotecnologia, la scienza che manipola la materia a scale incredibilmente piccole (un nanometro è un miliardesimo di metro), sta aprendo frontiere rivoluzionarie in medicina. In questo campo, la nanomedicina si riferisce all'uso di strumenti e dispositivi di dimensioni nanometriche per diagnosticare, prevenire e curare malattie a livello molecolare. I "nanobot" medici, sebbene il termine possa evocare immagini fantascientifiche di minuscoli robot, nella pratica corrente si riferiscono spesso a nanoparticelle progettate in modo intelligente per interagire con i sistemi biologici in modi specifici.

Presso il Massachusetts Institute of Technology (MIT), il laboratorio della Professoressa Paula Hammond è stato all'avanguardia nello sviluppo di questo tipo di nanoparticelle. Il suo lavoro si è concentrato su particelle multistrato rivestite da polimeri, contenenti farmaci terapeutici. Queste nanoparticelle sono progettate per funzionare come veicoli di somministrazione ad alta precisione. L'idea è che possano navigare nel flusso sanguigno e colpire specificamente le cellule tumorali, rilasciando il loro carico farmacologico direttamente nel sito del tumore. Questo approccio "smart pump" ha il potenziale di massimizzare l'effetto del farmaco sulle cellule tumorali, riducendo al minimo l'esposizione alle cellule sane dell'organismo, riducendo così molti degli effetti collaterali debilitanti associati alla chemioterapia tradizionale. La capacità di queste nanoparticelle di riconoscere e colpire il tessuto canceroso le rende una promessa significativa per trattamenti oncologici più efficaci e meno invasivi.

Una delle maggiori sfide nel portare promettenti terapie a base di nanoparticelle dal laboratorio alla clinica è stata la difficoltà di produrle su larga scala in modo coerente ed efficiente. Le tecniche originali di assemblaggio strato per strato, sebbene efficaci nel creare particelle con proprietà precise, sono laboriose e dispendiose in termini di tempo, richiedendo diverse fasi di applicazione del polimero e centrifugazione per rimuovere l'eccesso. Successivi tentativi di ottimizzare la purificazione, come la filtrazione a flusso tangenziale, hanno migliorato il processo, ma presentavano ancora limitazioni in termini di complessità produttiva e scala di produzione massima.

La recente svolta del team del MIT, guidato da Paula Hammond, Ivan Pires ed Ezra Gordon, risiede proprio nel superare questo ostacolo produttivo. Hanno sviluppato un metodo che utilizza un dispositivo di miscelazione microfluidico per assemblare nanoparticelle rapidamente e in grandi quantità. Questo dispositivo consente di aggiungere nuovi strati di polimero in sequenza mentre le particelle fluiscono attraverso un microcanale. Fondamentalmente, i ricercatori possono calcolare con precisione la quantità di polimero necessaria per ogni strato, eliminando la necessità di costosi e lunghi passaggi di purificazione dopo ogni aggiunta.

Questa innovazione ingegneristica è importante quanto la progettazione della nanoparticella stessa, sbloccando il potenziale per la produzione su scala clinica. Il dispositivo microfluidico impiegato è già utilizzato nella produzione secondo le Norme di Buona Fabbricazione (GMP) per altri tipi di nanoparticelle, come i vaccini a mRNA, facilitandone l'adozione e garantendo standard di sicurezza e coerenza. Utilizzando questo nuovo metodo, i ricercatori possono generare 15 milligrammi di nanoparticelle (sufficienti per circa 50 dosi) in pochi minuti, rispetto a quasi un'ora con la tecnica originale.

“I sistemi di nanoparticelle che stiamo sviluppando sono molto promettenti… Siamo davvero entusiasti dei recenti successi che abbiamo riscontrato nei modelli animali, in particolare per i nostri trattamenti contro il cancro ovarico.” – Paula Hammond, MIT.

L'efficacia delle nanoparticelle prodotte con questo nuovo metodo di produzione di massa è stata convalidata da studi preclinici. I ricercatori del MIT hanno creato nanoparticelle caricate con interleuchina-12 (IL-12), una citochina nota per la sua capacità di attivare il sistema immunitario contro le cellule tumorali. Nei modelli murini di carcinoma ovarico, queste nanoparticelle hanno dimostrato prestazioni simili a quelle prodotte con la tecnica originale, ritardando la crescita del tumore e persino, in alcuni casi, curando la malattia.

Un aspetto particolarmente interessante e unico di queste nanoparticelle è il loro meccanismo d'azione. Non solo veicolano farmaci, ma interagiscono anche con il sistema immunitario in modo sofisticato. Si legano al tessuto canceroso ma, sorprendentemente, non penetrano direttamente nelle cellule tumorali. Agiscono invece come marcatori sulla superficie di queste cellule, consentendo l'attivazione locale del sistema immunitario direttamente all'interno del tumore. Questa capacità di combinare la somministrazione mirata di farmaci con l'immunostimolazione localizzata rappresenta una potente sinergia, offrendo un attacco multiforme contro il cancro.

Sebbene la ricerca iniziale si sia concentrata sui tumori della cavità addominale, come il tumore ovarico, i ricercatori ritengono che questa tecnologia possa essere applicata ad altri tipi di cancro, tra cui il glioblastoma, un tumore cerebrale aggressivo. Il team ha già depositato una domanda di brevetto per questa tecnologia e sta collaborando con il Deshpande Center for Technology Innovation del MIT con l'obiettivo di una potenziale commercializzazione, che potrebbe accelerare l'arrivo di questi "nanobot" medici ai pazienti che ne hanno bisogno. Questa svolta sottolinea come la convergenza tra scienza dei materiali, ingegneria chimica e immunologia stia plasmando il futuro dell'oncologia di precisione.