Cancerul de vezică urinară are una dintre cele mai mari rate de incidenţă din lume şi se situează pe locul patru în topul celor mai frecvente tumori la bărbaţi. În ciuda ratei relativ scăzute de mortalitate, aproape jumătate dintre tumorile vezicale reapar în termen de 5 ani, ceea ce necesită o monitorizare continuă a pacientului. Vizitele frecvente la spital şi necesitatea de a repeta tratamentele contribuie la faptul că acest tip de cancer este unul dintre cele mai costisitoare pentru vindecare.
Deşi tratamentele actuale care implică administrarea directă de medicamente în vezica urinară prezintă rate bune de supravieţuire, eficacitatea lor terapeutică rămâne scăzută.
O alternativă promiţătoare implică utilizarea de nanoparticule capabile să livreze agenţi terapeutici direct în tumoră.
În acest domeniu s-au remarcat nanoroboţii - nanoparticule înzestrate cu capacitatea de a se autopropulsa în interiorul organismului.
Acum, un studiu publicat luni, în prestigioasa revistă Nature Nanotechnology, dezvăluie modul în care o echipă de cercetători a reuşit să reducă cu 90% dimensiunea tumorilor de vezică urinară la şoareci, prin administrarea unei singure doze de nanoroboţi alimentaţi de uree.
Cercetarea, care a fost efectuată pe şoareci, demonstrează cum aceste nanomaşini minuscule sunt propulsate de ureea prezentă în urină şi ţintesc cu precizie tumora, atacând-o cu un radioizotop purtat pe suprafaţa lor.
Nanoroboţi, Credit: Institutul de Bioinginerie din Catalonia (IBEC)
Aceste nanomaşini minuscule constau dintr-o sferă poroasă din siliciu. Suprafaţa lor poartă diverse componente cu funcţii specifice.
Printre acestea se numără enzima urează - care hidrolizează ureea - o proteină care reacţionează cu ureea care se găseşte în urină, permiţând nanoparticulei să se mişte.
O altă componentă esenţială este iodul radioactiv, un radioizotop utilizat în mod obişnuit pentru tratamentul localizat al tumorilor.
Cercetarea deschide calea pentru tratamente inovatoare împotriva cancerului de vezică urinară.
Aceste progrese vizează reducerea duratei de spitalizare, implicând astfel costuri mai mici şi un confort sporit pentru pacienţi.
„Cu o singură doză, am observat o scădere de 90% a volumului tumorii. Acest lucru este semnificativ mai eficient, având în vedere că pacienţii cu acest tip de tumoră au de obicei între 6 şi 14 programări la spital cu tratamentele actuale. O astfel de abordare a tratamentului ar spori eficienţa, reducând durata spitalizării şi costurile de tratament", explică Samuel Sánchez, profesor de cercetare ICREA la IBEC şi lider al studiului, într-un comunicat al institutului spaniol.
Următorul pas la care cercetătorii lucrează în prezent este acela de a determina dacă aceste tumori recidivează după tratament.
O călătorie fantastică în interiorul vezicii urinare
În cercetările anterioare, oamenii de ştiinţă au confirmat faptul că această capacitate de autopropulsie a nanoroboţilor le-a permis să ajungă la toţi pereţii vezicii urinare.
Această caracteristică reprezintă un avantaj în comparaţie cu procedura actuală în care, după administrarea tratamentului direct în vezica urinară, pacientul trebuie să îşi schimbe poziţia la fiecare jumătate de oră pentru a se asigura că medicamentul ajunge la toţi pereţii.
[ot-video] [/ot-video]
Mişcarea nanoroboţilor în uree. Credit: Institutul de Bioinginerie din Catalonia (IBEC)
Acest nou studiu merge mai departe, demonstrând nu numai mobilitatea nanoparticulelor în vezica urinară, ci şi acumularea lor specifică în tumoră.
Realizarea a fost posibilă prin diferite tehnici, inclusiv prin imagistica medicală prin tomografie cu emisie de pozitroni (PET) a şoarecilor, precum şi prin imagini microscopice ale ţesuturilor îndepărtate după finalizarea studiului.
Acestea din urmă au fost captate cu ajutorul unui sistem de microscopie cu fluorescenţă dezvoltat special pentru acest proiect la IRB Barcelona.
Sistemul scanează diferitele straturi ale vezicii urinare şi oferă o reconstrucţie 3D, permiţând astfel observarea întregului organ.
„Sistemul optic inovator pe care l-am dezvoltat ne-a permis să eliminăm lumina reflectată de tumoră, permiţându-ne să identificăm şi să localizăm nanoparticulele în tot organul, fără o etichetare prealabilă, la o rezoluţie fără precedent. Am observat că nanoroboţii nu numai că au ajuns la tumoră, dar au şi pătruns în ea, sporind astfel acţiunea radiofarmacologicului", explică Julien Colombelli, liderul platformei de microscopie digitală avansată de la IRB Barcelona.
Aflarea motivului pentru care nanoroboţii pot intra în tumră a reprezentat o provocare. Nanoroboţilor le lipsesc anticorpii specifici pentru a recunoaşte tumora, iar ţesutul tumoral este de obicei mai rigid decât cel sănătos.
„Cu toate acestea, am observat că aceşti nanoroboţi pot descompune matricea extracelulară a tumorii prin creşterea locală a pH-ului printr-o reacţie chimică. Acest fenomen a favorizat o mai mare penetrare a tumorii şi a fost benefic pentru a obţine o acumulare preferenţială în tumoră", explică Meritxell Serra Casablancas, coautoral studiului şi cercetător IBEC.
Astfel, oamenii de ştiinţă spanioli au concluzionat că nanoroboţii se ciocnesc de uroteliu ca şi cum ar fi un perete, dar în cazule tumorii, care este mai spongioasă, aceştia pătrund în interiorul ei unde se acumulează.
Un factor cheie este mobilitatea nanoboţilor, care creşte probabilitatea de a ajunge la tumoră.
[ot-video] [/ot-video]
Acumularea nanoroboţilor în tumorile de vezică. Credit: IRB Barcelona
În plus, potrivit lui Jordi Llop, cercetător la CIC biomaGUNE şi co-lider al studiului, „administrarea localizată a nanoroboţilor purtători de radioizotop reduce probabilitatea de a genera efecte adverse, iar acumularea ridicată în ţesutul tumoral favorizează efectul radioterapeutic".
Rezultatele acestui studiu deschid calea către utilizarea altor radioizotopi cu o capacitate mai mare de a induce efecte terapeutice, dar a căror utilizare este restricţionată atunci când sunt administraţi pe cale sistemică, scriu cercetătorii spanioli, în studiu.
Studiul consolidează rezultatele a peste trei ani de eforturi de colaborare între diferite instituţii spaniole.
Tehnologia care stă la baza acestor nanoroboţi, pe care echipa o dezvoltă de peste şapte ani, a fost recent brevetată şi serveşte drept bază pentru Nanobots Therapeutics, un spin-off al IBEC şi ICREA înfiinţat în ianuarie 2023.
Inovaţie tehnologică în domeniul microscopiei pentru a localiza nanoroboţii
Lucrul cu nanoroboţi a reprezentat o provocare ştiinţifică semnificativă în ceea ce priveşte tehnicile de bioimagistică pentru a vizualiza aceste elemente în ţesuturi şi în tumora însăşi.
Tehnicile clinice neinvazive obişnuite, cum ar fi PET, nu au rezoluţia necesară pentru a localiza aceste particule foarte mici la nivel microscopic.
Prin urmare, Platforma de microscopie ştiinţifică de la IRB Barcelona a utilizat o tehnică de microscopie care utilizează o folie de lumină laser pentru a ilumina probele, permiţând obţinerea de imagini 3D prin împrăştierea luminii în urma interacţiunii cu ţesuturile şi particulele.
După ce au observat că tumora însăşi împrăştie o parte din lumină, generând interferenţe, cercetătorii au dezvoltat o nouă tehnică bazată pe lumină polarizată care anulează toată împrăştierea de la ţesutul şi celulele tumorale.
Această inovaţie permite vizualizarea şi localizarea nanoroboţilor fără a fi necesară marcarea prealabilă cu tehnici moleculare.
Localizarea tumorii vezicale prin imagistică prin rezonanţă magnetică şi acumularea de nanoroboţi în tumoră, cuantificată prin tomografie cu emisie de pozitroni (PET). Credit: CIC biomaGUNE
Reducerea cu 90% a dimensiunii tumorii după tratarea cancerului cu nanoroboţi. Credit: CIC biomaGUNE
Foto articol: Acumulare de nanoroboţi în tumoră vizualizată la microscopul electronic. Credit:IRB Barcelona. Studiul a fost realizat de o echipă condusă de Institutul de Bioinginerie din Catalonia (IBEC) şi CIC biomaGUNE în colaborare cu Institutul de Cercetare în Biomedicină (IRB Barcelona) şi Universitatea Autonomă din Barcelona (UAB).
