Immagine: una tavolozza di colori dell’inchiostro del tatuaggio. Ogni colore trasporta un’impronta digitale spettrale unica che possiamo utilizzare come codice a barre di imaging per identificare e rilevare meglio i tumori. Tatuaggio e design creati da Adam Sky. Credito: Tattoo and Design di Adam Sky, immagine per gentile concessione di Zavaleta Lab dell’USC.
L’umile inchiostro nell’ago di un tatuatore potrebbe essere la chiave per migliorare l’individuazione del cancro, grazie a una nuova ricerca del Dipartimento di Ingegneria Biomedica dell’USC Viterbi.
Assistente Professore WiSE Gabilan nel dipartimento con un laboratorio presso l’USC Michelson Center for Convergent Bioscience, Cristina Zavaleta e il suo team hanno recentemente sviluppato nuovi agenti di contrasto per immagini utilizzando coloranti comuni come inchiostro per tatuaggi e coloranti alimentari. Quando questi coloranti sono attaccati alle nanoparticelle, possono illuminare i tumori, consentendo ai professionisti medici di differenziare meglio tra cellule tumorali e normali cellule adiacenti.
Il lavoro è stato pubblicato su Biomaterials Science.
La diagnosi precoce è fondamentale affinché i pazienti abbiano i migliori risultati possibili dal cancro, una malattia che colpirà oltre il 38% degli americani ad un certo punto della loro vita.
Tuttavia, il rilevamento del cancro è molto impegnativo senza buoni agenti di imaging; materiali di contrasto che, se iniettati nei pazienti, consentono alle immagini come la risonanza magnetica e la TC di funzionare con una migliore sensibilità e specificità, consentendo ai professionisti medici di diagnosticare con precisione e ai chirurghi di identificare i margini esatti dei tumori.
“Ad esempio, se il problema è il cancro al colon, questo viene rilevato tramite endoscopia”, ha detto Zavaleta. “Ma un endoscopio è letteralmente solo una torcia all’estremità di un bastoncino, quindi fornirà solo informazioni sulla struttura del colon: puoi vedere un polipo e sapere che devi fare una biopsia. Ma se potessimo avere strumenti di imaging per aiutare i medici a vedere se quel particolare polipo è canceroso o semplicemente benigno, forse non avranno nemmeno bisogno di una biopsia”, ha detto la ricercatrice.
Le nanoparticelle illuminate si muovono attraverso un vaso sanguigno per trovare il cancro. I coloranti sono stati incorporati nelle nanoparticelle per consentire un contrasto di imaging più sensibile durante l’identificazione delle cellule cancerose.
Per ottenere ciò, il team ha scoperto una fonte unica di agenti di contrasto ottici dai coloranti e pigmenti domestici che incontriamo abitualmente. Questi “inchiostri ottici” possono essere applicati a nanoparticelle mirate al cancro per migliorare il rilevamento e la localizzazione del cancro.
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I coloranti ed i pigmenti sono stati scoperti da agenti coloranti comuni che hanno già l’approvazione della Food and Drug Administration (FDA) degli Stati Uniti.
Per Zavaleta, l’ispirazione è arrivata in un luogo insolito: un corso di animazione con artisti Pixar a Emeryville, in California. Zavaleta, che ama l’arte e l’animazione tra i suoi hobby, ha detto di essere stata incuriosita dagli inchiostri e dai colori usati dagli artisti.
“Stavo pensando a come queste vernici ad altissimo contenuto di pigmento fossero brillanti in un modo che non avevo mai visto prima e mi chiedevo se avessero proprietà ottiche interessanti”, ha detto Zavaleta. L’idea l’ha portata a un tatuatore nella vicina San Francisco, Adam Sky che lavora con coloranti brillanti.
“Ricordo di aver portato una piastra da 96 pozzetti e lui ha spruzzato inchiostro per tatuaggi in ciascuno dei pozzetti”, ha detto Zavaleta. “Poi ho portato gli inchiostri al nostro scanner Raman (usato per rilevare in modo sensibile le nostre nanoparticelle mirate al tumore) e ho scoperto queste impronte digitali davvero sorprendenti potremmo usarle per codificare le nostre nanoparticelle. È stato fantastico”.
Una delle sfide per la sicurezza dell’imaging utilizzando nanoparticelle è che spesso queste nanoparticelle possono avere una ritenzione prolungata in organi come il fegato e la milza, che sono responsabili del tentativo di scomporre la nanoparticella. A causa di questi problemi di sicurezza, è fondamentale considerare nanomateriali biodegradabili. Attualmente esiste una quantità limitata di agenti di contrasto ottici approvati per l’uso clinico.
Con questo in mente, il team di Zavaleta ha considerato coloranti alimentari comuni che potrebbero essere usati per decorare le nanoparticelle, come i coloranti che si trovano in caramelle colorate come Skittles e M & Ms. Questi prodotti alimentari dai colori vivaci che gli esseri umani consumano abitualmente sono stati considerati dalla FDA sicuri per il consumo umano.
“Abbiamo pensato…., diamo un’occhiata ad alcuni dei coloranti farmaceutici, cosmetici e alimentari approvati dalla FDA che esistono e vediamo quali proprietà ottiche sono tra quei coloranti”, ha detto Zavaleta. “Ed è qui che abbiamo scoperto che molti di questi coloranti approvati dalla FDA hanno proprietà ottiche interessanti che potremmo sfruttare per l’imaging”.
Il team ha sviluppato una nanoparticella che trasporterà questi agenti di imaging altamente pigmentati come “carico utile”. Zavaleta ha affermato che le particelle hanno una dimensione specifica che consente loro di penetrare passivamente nelle aree tumorali, ma possono anche essere trattenute a causa delle loro dimensioni.
La maggior parte degli agenti di contrasto per imaging utilizzati oggi nella clinica sono coloranti a piccole molecole.
“Con piccole molecole, potresti essere in grado di vederle accumularsi inizialmente nelle aree tumorali, ma dovresti essere veloce prima che finiscano per lasciare l’area del tumore da espellere”, ha detto Zavaleta. “Le nostre nanoparticelle sono abbastanza piccole da filtrare, ma allo stesso tempo abbastanza grandi da essere trattenute nel tumore e questo è ciò che chiamiamo la permeabilità potenziata e l’effetto di ritenzione“.
La nanoparticella può anche essere “decorata” con un carico utile maggiore del colorante rispetto ai precedenti agenti di imaging di piccole molecole e portare a un segnale più luminoso e una localizzazione significativa delle nanoparticelle nei tumori.
“Se incapsuli molto colorante in una nanoparticella, sarai in grado di vedere meglio il tumore perché sarà più luminoso”, ha detto Zavaleta. “È come usare un pacchetto di coloranti piuttosto che un solo colorante”.
Fonte: Biomaterials Science
