Marco Martinelli, Divulgatore Scientifico e PhD, student presso Scuola Superiore Sant’Anna.
Molecole vibranti contro i tumori: nuove prospettive nella lotta ai tumori che sta vedendo negli ultimi anni una grandissima accelerazione. Tra vaccini, nuovi farmaci, e terapie che utilizzano il sistema immunitario o gli anticorpi, il trattamento del cancro è sempre più efficace.
Tra le ultime novità l’utilizzo degli anticorpi ha permesso di tenere sotto controllo e contribuire alla guarigione di numerosi tumori.
Ricordo che gli anticorpi sono piccole proteine prodotte dalle cellule B del sistema immunitario che si legano a specifici composti (detti antigeni). Il sistema immunitario li utilizza come fossero bandierine che, una volta appiccicate sul bersaglio, segnalano ad altre componenti del sistema immunitario di sparare e distruggere.
I tumori sono bravi a camuffarsi, sembrano cellule come tutte le altre, non attirano l’attenzione del nostro sistema immunitario e per questo crescono indisturbati ma le scienziate e gli scienziati hanno iniziato a produrre anticorpi in modo artificiale così da renderli visibili e ostacolarne lo sviluppo contando sulla migliore difesa dell’organismo ossia il sistema immunitario.
Recentemente è stata sviluppata un’ulteriore arma letale contro i tumori, la scoperta pubblicata su Nature Chemistry dalle ricercatrici e ricercatori della Rice University, si basa su un nuovo approccio promettente che sfrutta la capacità di alcune molecole di vibrare fortemente quando stimolate dalla luce. La sperimentazione non è ancora iniziata sull’uomo ma ha ottenuto ottimi risultati su modelli in vitro e animali.
Tutto bellissimo ma sorgono spontanee diverse domande: come fanno molecole vibranti a uccidere specificamente i tumori e non le cellule sane? E come fanno a vibrare delle molecole?
Partiamo col dire che tutto vibra, anche tutto quello che vedete fermo, in realtà fermo non è. Ogni atomo, molecola o macromolecola vibra e lo fa in funzione della temperatura. Tanto maggiore è la temperatura tante più vibrazioni e movimenti si ottengono. Solo allo zero assoluto la materia sembra entrare in uno stato di quiete e di assenza di movimento, ma in medicina non ci interessa, perché nessun paziente deve ritrovarti a -273,5 gradi centigradi.
La ricerca in questione ha utilizzato molecole di aminocianina, soprannominate “martelli pneumatici molecolari”, per eliminare il 99% delle cellule tumorali e dimostrare il potenziale per trattare efficacemente il cancro evitando interventi chirurgici invasivi.
Ciceron Ayala-Orozco, l’autore principale, è stato coinvolto in questa ricerca dopo aver completato la sua laurea in Messico e essersi unito alla Rice University per il suo dottorato incentrato sull’uso di nanoparticelle plasmoniche che assorbono la luce nel vicino infrarosso (NIR) per curare il cancro. L’utilizzo della lunghezza d’onda NIR è utile perché riesce a penetrare in profondità nei tessuti umani fino a 5-10 cm.
Che cosa significa però nanoparticella plasmonica?
Il plasma in fisica viene definito come il IV stato della materia, un gas ionizzato globalmente neutro in cui convivono elettroni e protoni che si muovono.
Potete osservare del plasma se mettete in microonde dell’alluminio sotto un bicchiere di vetro. Le nanoparticelle plasmoniche potete immaginarle come molecole che se illuminate liberano un flusso superficiale di elettroni ad alta energia, un plasma, che distrugge ciò che le circonda.
“Si tratta di più di 1 milione di milioni (sì, 1 milione di milioni) di vibrazioni al secondo, una velocità di vibrazione insondabile”, ha affermato James Tour, professore di chimica e scienza dei materiali alla Rice University.
Per individuare le posizioni del tumore in cui i martelli pneumatici molecolari dovrebbero colpire le cellule tumorali, il gruppo di ricerca ha utilizzato molecole simili al verde indocianina (ICG), un colorante cianinico approvato dalla FDA già utilizzato per marcare i tumori. In genere, quando questi coloranti sono iniettati nelle cellule tumorali, diventano fluorescenti e sono utilizzati dai chirurghi per visualizzare meglio le zone da asportare.
Legando al colorante l’aminocianina usando una specifica luce è possibile innescare la vibrazione.
“Solo così facendo, queste stesse molecole possono essere utilizzate per far esplodere le cellule tumorali. È davvero emozionante”, ha espresso Tour.
Le oscillazioni ultraveloci dei martelli pneumatici molecolari sono a oltre 30 trilioni al secondo e hanno generato enormi forze meccaniche sulle strutture circostanti all’interno delle cellule tumorali. Sono state queste forze a dissociare gli elementi cellulari (come la membrana cellulare nell’immagine) che consentono la sopravvivenza delle cellule tumorali. Poiché si tratta di un meccanismo meccanico, è inoltre molto improbabile che una cellula sia in grado di costruire un meccanismo di difesa contro questo farmaco. Non è altrettanto vero per i trattamenti chemioterapici verso i quali molti tumori sviluppano resistenze di vario tipo dopo il primo trattamento.
Secondo le scienziate e gli scienziati che hanno realizzato questa ricerca l’instaurarsi di meccanismi di resistenza è altamente improbabili, infatti così come una cellula non può resistere a un bisturi non può sviluppare resistenze nei confronti di un martello pneumatico molecolare.
Nessuna linea cellulare tumorale testata nella ricerca ha resistito alla forza meccanica dei martelli pneumatici durante i test, con quasi il 100% di morte delle cellule tumorali.
Il gruppo di ricerca ha valutato l’efficacia delle molecole anche in vivo, impiantando alcune tipologie di tumori nei topi. Una volta cresciuti li hanno trattati con le molecole e usando la luce NIR (Near infrared light) sono riusciti a distruggerli. I ricercatori hanno osservato la contrazione del tumore nei topi. La quantificazione di follow-up nei giorni successivi ha rivelato che circa il 50% dei topi era guarito.
Ad oggi, il team di Tour ha costruito circa 75 diversi martelli pneumatici molecolari e continua a ottimizzarne altri. Il prossimo step potrebbe essere coniugarli a specifici anticorpi così da accoppiare l’immunoterapia alla terapia con martelli pneumatici molecolari.
La possibilità di avere un’attivazione localizzata della terapia significa avere una minor probabilità di effetti collaterali sistemici. L’applicazione della luce solo sulle cellule tumorali consente un approccio molto più mirato.
Serviranno ancora diversi anni prima che questo approccio possa essere impiegato su pazienti ma il gruppo di ricerca ha fondato anche un’azienda e continua a portare avanti le sperimentazioni animali per avere i permessi dall’FDA e procedere alla creazione del primo farmaco martello molecolare.
Una bellissima ricerca che ha aggiunto una nuova freccia per la lotta ai tumori.
Riferimenti bibliografici
Ayala-Orozco, C., Galvez-Aranda, D., Corona, A. et al. Molecular jackhammers eradicate cancer cells by vibronic-driven action. Nat. Chem. 16, 456–465 (2024). https://doi.org/10.1038/s41557-023-01383-y.