Le nanoparticelle che illuminano i biomarcatori del cancro possono aiutare a guidare la chirurgia

May 19, 2023

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I chirurghi oncologici potrebbero presto avere una visione più completa dei tumori durante l’intervento chirurgico grazie a nuovi agenti di imaging in grado di illuminare più biomarcatori contemporaneamente, riferiscono i ricercatori di Urbana-Champaign dell’Università dell’Illinois. Le nanoparticelle fluorescenti, avvolte nelle membrane dei globuli rossi, colpiscono i tumori meglio degli attuali coloranti clinicamente approvati e possono emettere due segnali distinti in risposta a un solo raggio di luce chirurgica, una caratteristica che potrebbe aiutare i medici a distinguere i confini del tumore e identificare i tumori metastatici. .

Gli agenti di imaging possono essere combinati con telecamere bioispirate, che i ricercatori avevano precedentemente sviluppato per la diagnosi in tempo reale durante l'intervento chirurgico, ha affermato il leader del gruppo di ricerca Viktor Gruev, professore di ingegneria elettrica e informatica dell'Illinois. In un nuovo studio pubblicato sulla rivista ACS Nano, i ricercatori hanno dimostrato le loro nuove nanoparticelle a doppio segnale in fantasmi di tumore – modelli 3D che imitano le caratteristiche dei tumori e dell’ambiente circostante – e nei topi vivi.

"Se si vuole trovare tutto il cancro, l'imaging di un biomarcatore non è sufficiente. Potrebbe non rilevare alcuni tumori. Se si introduce un secondo o un terzo biomarcatore, aumenta la probabilità di rimuovere tutte le cellule tumorali e la probabilità di un risultato migliore per i pazienti aumentano." ha detto Gruev, che è anche professore al Carle Illinois College of Medicine. "I farmaci e gli agenti di imaging a bersaglio multiplo sono una tendenza recente e il nostro gruppo sta guidando fortemente questa tendenza perché disponiamo della tecnologia della fotocamera in grado di acquisire più segnali contemporaneamente."

Tradizionalmente, un chirurgo rimuove un tumore e lo invia a un patologo per la valutazione, un processo che può richiedere ore o giorni, ha affermato il ricercatore post-dottorato dell'Illinois Indrajit Srivastava, il primo autore dell'articolo. Poiché la ricerca si è spostata verso la diagnostica in tempo reale, diverse sfide hanno impedito un’ampia applicazione: molti agenti di imaging mirati al tumore raggiungono solo in minima parte i loro obiettivi tumorali, invece di essere rapidamente eliminati dal flusso sanguigno e accumularsi nel fegato, ha detto Srivastava.

"Alcune persone prima di noi hanno usato nanoparticelle rivestite di globuli rossi e hanno scoperto che circolano più a lungo, alcuni giorni. Abbiamo visto la stessa cosa nei nostri topi: le nanoparticelle rivestite di membrana circolavano più a lungo nel sangue, con un assorbimento ridotto nel fegato. Poiché circolavano più a lungo, una maggiore quantità di agenti di imaging si accumulava nei tumori, dandoci un segnale fluorescente più forte," Srivastava

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"Questo è interessante per l'applicazione chirurgica, poiché potrebbe aiutare a determinare dove esattamente effettuare il taglio. Avere più segnali fornisce un quadro più generale del tumore. E potrebbe dire al chirurgo: 'Potrebbe essere metastatico, potresti voler essere più aggressivo nella tua rimozione.'" ha detto Srivastava.

La necessità di una sola lunghezza d'onda della luce laser per suscitare più segnali è un altro vantaggio per le applicazioni chirurgiche, poiché rende la strumentazione molto più compatta rispetto a quelle che richiedono più laser per ciascuna lunghezza d'onda necessaria, ha affermato Gruev.

I ricercatori intendono sviluppare più agenti per l’imaging tumorale che prendono di mira più marcatori e portare avanti ulteriori studi preclinici e clinici utilizzando i coloranti a doppio segnale con gli occhiali chirurgici che hanno sviluppato.

"In questa battaglia per garantire la rimozione di tutte le cellule tumorali durante l'intervento chirurgico, abbiamo bisogno di investimenti sia nella tecnologia delle fotocamere per immagini che negli agenti mirati al tumore", ha affermato Gruev. "Questo lavoro ci sta aiutando a realizzare e guidare meglio l'approccio olistico che stiamo adottando man mano che ci avviciniamo sempre più agli studi clinici."

Riferimento: Srivastava I, Lew B, Wang Y, et al. Nanoparticelle rivestite con membrana cellulare per la delineazione del tumore e la stima qualitativa dei biomarcatori del cancro con eccitazione a singola lunghezza d'onda in modelli murini e fantasma. ACS Nano. 2023;17(9):8465-8482. doi: 10.1021/acsnano.3c00578