Cristina Zavaleta, Assistente professore nel dipartimento di Ingegneria Biomedica dell'USC Viterbi a Los Angeles ha appena sviluppato col suo team nuovi agenti di contrasto per imaging utilizzando coloranti comuni come inchiostro per tatuaggi e coloranti alimentari. Quando questi coloranti sono attaccati alle nanoparticelle, possono illuminare i tumori, consentendo ai professionisti medici di differenziare meglio tra cellule tumorali e cellule normalmente adiacenti ed individuare il cancro. Il lavoro è stato pubblicato su Biomaterials Science.
L'importanza della diagnostica
La diagnosi precoce è fondamentale affinché i pazienti abbiano i migliori risultati possibili dal cancro; una malattia che colpirà oltre il 38% degli americani ad un certo punto della loro vita.
Tuttavia, il rilevamento è impegnativo senza buoni agenti di imaging; materiali di contrasto che, se iniettati nei pazienti, consentono alle immagini come la risonanza magnetica e la TC di funzionare con una migliore sensibilità e specificità, consentendo ai professionisti medici di individuare il cancro e diagnosticarlo con precisione, e ai chirurghi di identificare i margini esatti dei tumori.
"Ad esempio, se il problema è il cancro al colon, questo viene rilevato tramite endoscopia", ha detto Zavaleta. "Ma un endoscopio è letteralmente solo una torcia all'estremità di un bastoncino, quindi fornirà solo informazioni sulla struttura del colon - puoi vedere un polipo e sapere che devi fare una biopsia. Se potessimo fornire strumenti di imaging per aiutare i medici a vedere se quel particolare polipo è canceroso o solo benigno, spesso non ci sarebbe nemmeno bisogno di intervenire", ha detto.
Come funziona il sistema
Le nanoparticelle illuminate si muovono attraverso un vaso sanguigno per individuare il cancro. I coloranti sono stati incorporati nelle nanoparticelle per consentire un contrasto di imaging più preciso durante l'identificazione delle cellule cancerose. Per ottenere ciò, il team ha scoperto una fonte unica di agenti di contrasto ottici dai coloranti e pigmenti coloranti domestici che incontriamo abitualmente. Questi "inchiostri ottici" possono essere applicati a nanoparticelle mirate per migliorare il rilevamento e la localizzazione del cancro.
I coloranti e i pigmenti sono stati ricavati da agenti coloranti comuni.
L'idea? È venuta dalla Pixar
Per Zavaleta, l'ispirazione è arrivata in un luogo insolito: un corso di animazione con artisti Pixar a Emeryville, in California, la sede del famoso studio di animazione. Zavaleta, che ama l'arte e l'animazione, ha detto di essere stata incuriosita dagli inchiostri e dai colori che gli artisti hanno portato in classe. "Stavo pensando a come queste vernici ad altissimo pigmento, come gli acquerelli a guazzo, fossero brillanti in un modo che non avevo mai visto prima, e mi chiedevo se avessero proprietà ottiche interessanti", ha detto Zavaleta.
L'idea l'ha portata da un tatuatore della vicina San Francisco, Adam Sky, un altro artigiano che lavora con coloranti brillanti.
Ricordo di aver portato una piastra da 96 pozzetti e lui ha spruzzato inchiostro per tatuaggi in ciascuno dei pozzetti. Poi ho portato gli inchiostri al nostro scanner Raman (usato per rilevare in modo sensibile le nanoparticelle mirate al tumore) e ho scoperto queste impronte digitali spettrali davvero sorprendenti che potremmo usare per codificare le nostre nanoparticelle. È stato fantastico.
Cristina Zavaleta, USC Viterbi - Los Angeles
Le sfide da affrontare per individuare il cancro
Una delle sfide per la sicurezza dell'imaging con nanoparticelle è che spesso queste possono avere una ritenzione prolungata in organi come il fegato e la milza. A causa di questi problemi di sicurezza, è fondamentale considerare nanomateriali biodegradabili. Attualmente esiste una quantità limitata di agenti di contrasto ottici approvati per l'uso clinico.
Con questo in mente, il team di Zavaleta ha considerato coloranti alimentari comuni che potrebbero essere usati per le nanoparticelle, come i coloranti che si trovano in caramelle colorate come le Skittles e le M & M's. Questi prodotti alimentari dai colori vivaci che gli esseri umani consumano abitualmente sono stati considerati dalla FDA sicuri per il consumo umano.
"Abbiamo pensato: diamo un'occhiata ad alcuni dei coloranti farmaceutici, cosmetici e alimentari approvati dalla FDA che esistono e vediamo quali proprietà ottiche sono tra quei coloranti", ha detto Zavaleta. "Ed è qui che abbiamo scoperto che molti di questi coloranti approvati dalla FDA hanno proprietà ottiche interessanti che potremmo sfruttare per l'imaging".
Il team ha sviluppato una nanoparticella che trasporterà questi agenti di imaging altamente pigmentati come "carico utile" per individuare il cancro. Zavaleta ha affermato che le particelle hanno una dimensione specifica. Questo consente ad alcune di loro di penetrare passivamente nelle aree tumorali. Ad altre, scelte opportunamente, di essere trattenute a causa delle loro dimensioni.
La nanoparticella può anche essere "decorata" con un carico utile maggiore del colorante rispetto ai precedenti agenti di imaging. Questo porterà a un segnale più luminoso ed efficace nell'individuare il cancro. "Se incapsuli un mucchio di coloranti in una nanoparticella, sarai in grado di vederlo meglio perché sarà più luminoso", ha detto Zavaleta.
