Laser e nanoparticelle: il futuro della cura del cancro è qui

Il disegno mostra un topo con un tumore canceroso sulla zampa posteriore. Le nanoparticelle vengono iniettate direttamente nel tumore, che viene poi illuminato con luce laser nel vicino infrarosso. La luce laser nel vicino infrarosso penetra bene attraverso il tessuto e non provoca danni da ustione. [Kamilla Nørregaard/Istituto Panum]

Iniettare tumori cancerosi con particelle microscopiche e poi colpirli con i laser sembra un'idea presa direttamente dalle pagine della fantascienza. Eppure è proprio questa la strategia terapeutica che i ricercatori del Niels Bohr Institute e della Facoltà di Scienze della Salute dell'Università di Copenaghen hanno sviluppato per uccidere le cellule tumorali.

I ricercatori riferiscono nelle loro scoperte, che sono state pubblicate di recente su Scientific Reports in un articolo intitolato "Piattaforma basata su singole particelle e PET per l'identificazione di nano-riscaldatori plasmonici ottimali per la terapia del cancro fototermico", che il trattamento è stato testato sui topi, con risultati dimostrando che i tumori vengono notevolmente danneggiati.

"Il trattamento prevede l'iniezione di minuscole nanoparticelle direttamente nel cancro", ha spiegato l'autrice senior dello studio Lene Oddershede, Ph.D., biofisica e capo del gruppo di ricerca Optical Tweezers presso l'Istituto Niels Bohr dell'Università di Copenaghen. "Quindi si riscaldano le nanoparticelle dall'esterno utilizzando i laser. Si tratta di una forte interazione tra le nanoparticelle e la luce laser, che fa sì che le particelle si riscaldino. Ciò che poi accade è che le particelle riscaldate danneggiano o uccidono le cellule tumorali."

Gli esperimenti sono stati condotti con nanoparticelle di diverse dimensioni e strutture. I primi due della serie erano costituiti da oro massiccio e l'ultimo consisteva in un nucleo di vetro con una superficie dorata. Le sfere sono state illuminate con luce nel vicino infrarosso con lunghezze d'onda di 807 nm e 1064 nm. La nanoparticella più efficace era la perla di vetro placcata in oro. [Kamilla Nørregaard/Istituto Panum]

I trattamenti antitumorali tradizionali come le radiazioni e la chemioterapia hanno importanti effetti collaterali perché colpiscono non solo i tumori, ma anche le parti sane del corpo. Un ampio progetto di ricerca interdisciplinare tra fisici dell’Istituto Niels Bohr e medici e biologi del Panum Institute e del Rigshospitalet si è proposto di sviluppare un nuovo trattamento che colpisca solo i tumori localmente e quindi sia molto più delicato sul corpo. Il progetto si chiama Nanoparticelle attivate dal laser per l’eliminazione dei tumori (LANTERN).

Dopo aver sperimentato varie membrane biologiche, i ricercatori hanno testato il metodo su topi vivi. In questi esperimenti, ai topi sono stati somministrati tumori cancerosi derivati ​​da cellule tumorali umane coltivate in laboratorio. Il gruppo di ricerca ha poi testato piccole nanoparticelle di diametro compreso tra 80 e 150 nanometri (nm) (un nanometro è un milionesimo di millimetro). Le particelle testate erano costituite da oro massiccio o da una struttura a guscio costituita da un nucleo di vetro con un sottile guscio d'oro attorno, nel tentativo di determinare quali particelle fossero più efficaci nel ridurre i tumori.

"Come fisici, abbiamo una grande esperienza nell'interazione tra luce e nanoparticelle e possiamo misurare con molta precisione la temperatura delle nanoparticelle riscaldate", ha osservato il dottor Oddershede. "L'efficacia dipende dalla giusta combinazione tra la struttura e il materiale delle particelle, la loro dimensione fisica e la lunghezza d'onda della luce."

Le immagini mostrano le scansioni PET di un topo con un grosso tumore (secondo la freccia bianca). Il tumore viene trattato con nanoparticelle, che vengono iniettate direttamente nel tumore e poi illuminate con luce laser nel vicino infrarosso. La luce laser riscalda le nanoparticelle, danneggiando o uccidendo così le cellule tumorali (frecce rosse). [Kamilla Nørregaard e Jesper Tranekjær Jørgensen/Panum Institute]

I ricercatori hanno scoperto di aver ottenuto i migliori risultati con nanoparticelle di 150 nm di dimensione e costituite da un nucleo di vetro rivestito d'oro. Inoltre, le nanoparticelle sono state illuminate con luce laser nel vicino infrarosso, che è la migliore in grado di penetrare attraverso il tessuto. A differenza della radioterapia convenzionale, la luce laser nel vicino infrarosso non provoca ustioni al tessuto attraversato.