Realizzazione e valutazione, fisica e biologica, di nanoparticelle magnetiche da utilizzare per l'imaging e la terapia tumorale

Negli ultimi anni, la ricerca scientifica si è concentrata molto sullo studio e sull’uso delle nanoparticelle in svariati campi di applicazione. Uno dei campi su cui è stata portata maggior attenzione è il campo medico e biotecnologico.
Le nanoparticelle sintetizzate in svariati modi e composte dai più diversi materiali hanno dimostrato due caratteristiche fondamentali. La prima è che le loro proprietà sono dipendenti dalle dimensioni: in scala nanometrica esprimono delle qualità diverse o addirittura opposte rispetto allo stesso materiale su scala macroscopica. La seconda caratteristica è che il rapporto fra superficie e volume raggiunge valori significativi: l’area superficiale delle nanoparticelle è molto reattiva e quindi può essere usata come vettore per altri tipi di molecole o biomolecole.
In aggiunta, se le nanoparticelle sono sintetizzate con elementi paramagnetici, come il ferro, il gadolinio o il manganese, esprimono delle proprietà magnetiche che ne aumentano le capacità diagnostiche e terapeutiche.
Nel lavoro qui presentato, sono state sintetizzate nanoparticelle magnetiche di ossido di ferro che sono alla base di uno studio di ricerca nel quale le nanoparticelle avranno tre diversi compiti: in ambito terapeutico come vettore di farmaci (drug delivery) e come mezzo per l’aumento locale di temperatura (ipertermia), in ambito diagnostico come agente di contrasto per l’imaging a risonanza magnetica (MRI).
Le nanoparticelle, che verranno implementate nei tre ambiti precedentemente descritti, devono seguire delle indicazioni ben precise. Devono avere una dimensione inferiore ai 50 nm, con una distribuzione di dimensione il più stretta possibile e devono essere biocompatibili.
Il diametro delle nanoparticelle è risultato essere compreso fra i 18-20 nm con una larghezza di distribuzione compresa fra il 10-15 %. Queste misure sono state effettuate tramite microscopio a forza atmoica (AFM), microscopio elettronico a trasmissione (TEM) e light scattering (LS).
Per quanto riguarda la biocompatibilità, è stato approntato un protocollo cellulare in vitro, coltivando fibroblasti MRC5 e osteoblasti tumorali MG63 in terreno arricchito con nanoparticelle, per verificare le loro interazioni. Allo scopo sono state misurate la viabilità cellulare e la variazione di concentrazione di nanoparticelle nel surnatante a diversi tempi sperimentali.
In entrambi i casi cellulari e utilizzando concentrazioni diverse, le cellule hanno assorbito circa il 10% delle nanoparticelle, con un leggero aumento (raggiungendo circa il 20%) ad alte concentrazioni per le cellule tumorali.
Queste misure sono state effettuate tramite protocollo XTT e spettrofotometro UV-VIS.
Per verificare l’assorbimento cellulare e la localizzazione delle nanoparticelle, sono state effettuate delle analisi con microscopio elettronico a scansione ambientale (ESEM). Le immagini hanno dimostrato che non ci sono aggregati o stati di compartimentazione cellulare delle nanoparticelle. La presenza di nanoparticelle isolate non è verificabile perchè́ sono molto più piccole delle risoluzione dello strumento.
Questo lavoro preliminare fornisce risultati promettenti per ulteriori sviluppi futuri: ad esempio, migliorare la biocompatibilità tramite la sintesi di nanoparticelle ricoperte da polimeri sintetici, come il polieltilene glicole PEG o naturali, come il destrano; approfondire l’indagine in vitro e in vivo su diversi tipi di cellule tumorali, usando una distribuzione dei tempi sperimentali più accurata e usando protocolli di viabilità più completi.