Le interfacce gas-liquido stanno raggiungendo un particolare interesse in biomedicina. Le microbolle, agenti di contrasto per ultrasuoni della routine clinica, hanno guadagnato una crescente attenzione come piattaforme teranostiche grazie alla risposta acustica preservata, alle capacità di coniugazione dei farmaci e all'applicabilità nell'apertura della barriera biologica.
Scienziati di Skoltech, MIPT, Prokhorov General Physics Institute of RAS e molte altre istituzioni hanno dimostrato che le microbolle costituite da una proteina chiamata albumina sono vettori efficienti per la consegna di agenti fotodinamici, che sono farmaci utilizzati in fase avanzata terapia antitumorale che evita molti degli effetti collaterali della chemioterapia e della radioterapia.
Il ricercatore principale dello studio, il professor Dmitry Gorin di Skoltech Photonics, ha commentato: “La terapia fotodinamica prevede l'iniezione di un composto fotosensibilizzante nel flusso sanguigno e l'illuminazione del tumore con una luce la cui lunghezza d'onda corrisponda al composto, attraverso la pelle o con un endoscopio. Dopo che l'energia luminosa è stata assorbita dall'agente sensibilizzante, questo dà origine a radicali liberi e a una forma aggressiva di ossigeno, che uccide le cellule in modo molto mirato nella regione esposta alla luce.
L'autore principale dell'articolo, Roman Barmin, laureato in Skoltech MSc, ha dichiarato: “Quello che abbiamo fatto in questo studio è stato mostrare su due popolari agenti fotosensibilizzanti che legandoli con l'albumina, una proteina del siero bovino, si traduce in una maggiore fotoattività, e montare il coniugato proteina-farmaco in bolle si traduce in un aumento ancora maggiore dell'efficienza. Questo potrebbe essere usato per far progredire la terapia fotodinamica del cancro”.
Nell'esperimento, gli scienziati hanno impiegato due sostanze fotosensibilizzanti commerciali per mostrare l'attaccamento covalente dell'albumina alla ftalocianina di zinco e il suo legame elettrostatico alla ftalocianina di alluminio. Il primo è un agente di trattamento fotodinamico che ha ricevuto l'approvazione clinica, mentre il secondo è ancora in fase di sperimentazione clinica. Per "montare" le bolle d'aria, la soluzione ftalocianina-albumina è stata sottoposta a ultrasuoni alla frequenza e alla temperatura appropriate.
Barmin ha osservato, “Mentre la somministrazione di microbolle è generalmente un approccio popolare, questo studio è il primo a utilizzare le bolle di albumina nel contesto della terapia fotodinamica e a lavorare con le due ftalocianine che abbiamo considerato. L'idea alla base della somministrazione di microbolle è che il guscio di una bolla d'aria può compattare densamente le molecole di agenti fotodinamici e le bolle possono essere opportunamente "scoppiate" dagli ultrasuoni medici in modo controllato per rilasciare il farmaco.
Il professor Dmitry Gorin di Skoltech Photonics ha commentato: “I test hanno indicato che la consegna dell'agente alle cellule ha avuto successo. Il nostro prossimo obiettivo è una comprensione più profonda delle interazioni microbolle-cellule per migliorare le prestazioni terapeutiche”.
Dopo aver esplorato le caratteristiche delle microbolle, il team ha concluso che le microbolle coniugate fotodinamicamente hanno un profilo di proprietà fisico-chimiche migliorato: le bolle mantengono lo stesso diametro medio delle loro controparti prive di ftalocianina (utilizzate nell'imaging ecografico), il che è vantaggioso per controllarne le prestazioni, mentre al allo stesso tempo avere una maggiore concentrazione di bolle e stabilità di stoccaggio.
Barmino disse, “La domanda successiva era: le microbolle aumenteranno l'efficienza degli agenti fotodinamici che forniscono? I nostri colleghi del Prokhorov General Physics Institute hanno sviluppato una tecnica utilizzando una sospensione di globuli rossi per testare proprio questo. Il risultato è stato chiaro: per entrambi gli agenti, il complesso ftalocianina-albumina si è dimostrato più efficace delle semplici ftalocianine e il rilascio di microbolle ha ulteriormente potenziato la fotoattività del farmaco. Ciò deriva dall'impacchettamento denso della molecola nel guscio della microbolle.
Riferimento della Gazzetta:
- Roman A. Barmin, Elizaveta A. Makismova et al. Microbolle di albumina coniugate con coloranti ftalocianina di zinco e alluminio per una maggiore attività fotodinamica. Colloidi e Superfici B: Biointerfacce. DOI: 10.1016/j.colsurfb.2022.112856
