Ingegneri e medici della Cornell University hanno scoperto che nanoparticelle di silice ultra-piccole possono trasformare i tumori "freddi" in "caldi", migliorando l'efficacia dell'immunoterapia nei tumori più difficili da trattare. La scoperta potrebbe aprire una nuova strada per il trattamento del melanoma e di altri tumori solidi.
Piccole particelle inizialmente progettate per evidenziare i tumori durante una scansione stanno ora dimostrando di poter aiutare il sistema immunitario a combattere quei tumori dall'interno verso l'esterno.
Un team guidato dalla Cornell University ha scoperto che nanoparticelle di silice ultrapiccole, chiamate Cornell Prime Dots o C'dots, possono riprogrammare l'ambiente attorno ai tumori del melanoma e aumentare notevolmente l'efficacia dell'immunoterapia contro il cancro nei modelli murini.
La ricerca, guidata da Michelle Bradbury della Weill Cornell Medicine e dall'ingegnere Ulrich Wiesner della Cornell Engineering, è pubblicato sulla rivista Nature Nanotechnology.
I C'dots sono nanoparticelle di silice fluorescenti con nucleo e guscio, già testate in studi clinici sull'uomo come strumenti di imaging e vettori di farmaci. Il nuovo studio rivela qualcosa di inaspettato: le particelle stesse agiscono come potenti agenti antitumorali, anche senza trasportare un farmaco.
"È una scoperta davvero sorprendente", ha dichiarato in un comunicato stampa Wiesner, Professore di Ingegneria Spencer T. Olin presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali, il cui laboratorio ha originariamente sviluppato i C'dots. "I C'dots da soli – senza alcuna entità farmaceutica sulla loro superficie – inducono una vasta gamma di effetti antitumorali nel TME dei modelli di melanoma che, in parte, sono del tutto inaspettati".
Il microambiente tumorale, o TME, è il complesso ambiente di cellule tumorali, cellule immunitarie, vasi sanguigni e tessuti di supporto che circonda un tumore. In molti tumori solidi aggressivi, questo ambiente è ostile al sistema immunitario e resiste alle moderne immunoterapie, ovvero farmaci che scatenano le difese dell'organismo contro il cancro.
Il melanoma, insieme ai tumori della prostata, del seno e del colon, spesso dà origine a quelli che i ricercatori chiamano tumori "freddi". Questi tumori non innescano una forte risposta immunitaria e spesso non rispondono all'immunoterapia.
Nel nuovo studio, il team della Cornell ha utilizzato modelli di melanoma aggressivi e resistenti all'immunoterapia per testare cosa accade quando i C'dots vengono introdotti in questo ambiente soppressivo. Hanno scoperto che le nanoparticelle attivano diversi processi antitumorali contemporaneamente.
Le particelle hanno stimolato le risposte immunitarie innate interagendo con i recettori di riconoscimento dei pattern, i sensori cellulari che rilevano i segnali di pericolo. Hanno spinto le cellule tumorali all'arresto del ciclo cellulare, rallentando o bloccando la loro capacità di moltiplicarsi. Hanno ridotto la soppressione immunitaria nel microambiente tumorale e riprogrammato le cellule immunitarie chiave, tra cui linfociti T e macrofagi, per attaccare il cancro in modo più efficace.
Secondo Bradbury, professore di ricerca sull'imaging in radiologia e docente di radiologia presso la Weill Cornell Medicine, questo cambia il modo in cui gli scienziati pensano al ruolo di tali nanoparticelle.
"Questa piattaforma non funge semplicemente da vettore passivo o veicolo di somministrazione; queste nanoparticelle sono agenti terapeutici intrinsecamente attivi", ha affermato nel comunicato stampa. "Piuttosto che agire su un singolo percorso, queste particelle attivano più meccanismi simultaneamente e in modi che le terapie convenzionali non riescono facilmente a raggiungere".
Agendo su più leve contemporaneamente, C'dots ha trasformato i tumori "freddi" in "caldi", creando un ambiente infiammato e immunoattivo che ha reso i tumori molto più vulnerabili al trattamento.
Per vedere come questo potesse tradursi in risultati migliori, i ricercatori hanno combinato C'dots con una strategia di immunoterapia duale che mirava sia a un checkpoint immunitario sia a una citochina, una molecola di segnalazione che aiuta a regolare le risposte immunitarie. Nei modelli murini, gli animali che hanno ricevuto la combinazione hanno vissuto significativamente più a lungo di quelli trattati con la sola immunoterapia.
I due approcci hanno funzionato insieme: le nanoparticelle hanno rimodellato il panorama immunitario all'interno del tumore e le immunoterapie hanno poi sferrato un colpo molto più forte.
"Molti tumori aggressivi sono resistenti alle sole immunoterapie", ha aggiunto Bradbury. "Queste nanoparticelle attenuano le attività inibitorie all'interno del TME, sopprimendo a loro volta la crescita tumorale e limitando la resistenza".
Sebbene lo studio si sia concentrato sul melanoma, il team ha osservato effetti immuno-attivanti simili dei C'dots in altri modelli di tumori solidi, tra cui tumori alla prostata e alle ovaie. Ciò suggerisce che l'approccio potrebbe avere ampie applicazioni se si dimostrasse sicuro ed efficace in ulteriori test.
I risultati sollevano anche interessanti interrogativi sul perché la silice, un minerale comune, abbia effetti così ampi sul sistema immunitario.
Wiesner ha sottolineato la lunga storia evolutiva degli organismi che interagiscono con minuscole particelle di silice.
"Fin dalle prime fasi dell'evoluzione, gli organismi biologici sono stati esposti al loro interno a nanoparticelle di silice, anche attraverso l'assunzione di alimenti come erbe e alghe", ha affermato.
Lui e i suoi colleghi stanno esplorando un'ipotesi che collega questa esposizione a lungo termine alla capacità dell'organismo di mantenere l'equilibrio, o omeostasi, anche di fronte a malattie come il cancro.
"L'ipotesi è che il cancro spinga il sistema fuori dall'equilibrio, lontano dall'omeostasi. Ma la silice respinge, e la ragione per cui è multifattoriale è che nel corso di milioni di anni gli organismi hanno sviluppato vari meccanismi attraverso i quali la silice può sostanzialmente mantenere l'omeostasi", ha aggiunto Wiesner.
Questa idea è ancora speculativa e c'è ancora molto lavoro da fare prima che i C'dots possano diventare una componente standard della cura del cancro. I risultati attuali provengono da modelli animali e i ricercatori dovranno comprendere meglio i meccanismi in gioco, perfezionare le strategie di dosaggio e somministrazione e testare la sicurezza e l'efficacia sugli esseri umani.
Il team sta ora collaborando con i ricercatori di scienze nutrizionali della Cornell per analizzare gli aspetti evolutivi e dietetici dell'esposizione alla silice, esplorando al contempo come i C'dots potrebbero essere utilizzati contro una gamma più ampia di tumori solidi.
Se gli studi futuri avranno successo, lo stesso tipo di nanoparticella che un tempo aiutava i medici a vedere i tumori più chiaramente potrebbe un giorno aiutare il sistema immunitario dei pazienti a distruggerli, offrendo un nuovo modo per affrontare i tumori che hanno resistito a lungo alle cure.
Fonte: Cornell University