Innovazione accidentale: la scoperta inaspettata di Notre Dame aumenta la potenza della droga

Di University of Notre Dame6 giugno 2023

Un team di ricercatori dell’Università di Notre Dame, guidato dal professor Bradley Smith, si è imbattuto in una nuova tecnica per rendere i farmaci esistenti più efficaci caricandoli in particelle di silice modificata, come dettagliato nella rivista Nanoscale. Credito: nanoscala, 2022, DOI: 10.1039/D2NR05528G, Royal Society of Chemistry

I ricercatori dell’Università di Notre Dame hanno scoperto un metodo a basso costo per migliorare l’efficacia dei farmaci caricandoli in particelle di silice modificate termicamente. Le particelle alterate possono trattenere sostanze chimiche e controllarne la velocità di rilascio, fornendo così una strada per migliorare i sistemi di somministrazione dei farmaci e una nuova comprensione della biomineralizzazione.

Una tecnica recentemente scoperta, riportata sulla rivista Nanoscale, offre un modo a basso costo per migliorare l’efficacia dei farmaci esistenti.

"If you take sand and heat it to 500 degrees CelsiusThe Celsius scale, also known as the centigrade scale, is a temperature scale named after the Swedish astronomer Anders Celsius. In the Celsius scale, 0 °C is the freezing point of water and 100 °C is the boiling point of water at 1 atm pressure." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">Celsius, non cambia nulla", ha detto Bradley Smith, professore di scienze Emil T. Hofman all'Università di Notre Dame. Così Smith, che è anche il direttore dell'Integrated Imaging Facility di Notre Dame, è rimasto perplesso quando Canjia Zhai e Cassandra Shaffer, due Gli studenti di dottorato del Dipartimento di Chimica e Biochimica che lavoravano nel suo laboratorio, scoprirono di aver cambiato la struttura delle particelle di silice – il componente principale della sabbia – a 80 gradi Celsius, una temperatura simile a quella di una tazza di caffè.

La scoperta è avvenuta per caso. Le particelle erano microscopicamente piccole: un millesimo del diametro di un capello umano. Ma come le loro controparti più grandi contrassegnate con “gel di silice” nelle confezioni attaccate ai nuovi articoli di abbigliamento, queste particelle erano porose e potevano trattenere una sostanza chimica. In questo caso, la sostanza chimica era un colorante blu utilizzato per rilevare i tumori nei topi.

Il nuovo colorante, che era stato sviluppato nel laboratorio di Smith, impiegava molto tempo per entrare negli stretti pori delle particelle. Quindi, per far sì che le molecole si muovessero più rapidamente, Shaffer e Zhai hanno riscaldato la miscela fino al punto di ebollizione e l’hanno lasciata riposare per una notte. Quando tornarono il giorno successivo, videro che le particelle erano diventate blu.

Per confermare che il colorante fosse completamente infuso, Shaffer e Zhai si sono avvalsi dell'aiuto di Tatyana Orlova e Maksym Zhukovskyi, esperti di microscopia presso la Notre Dame Integrated Imaging Facility.

Credito: nanoscala, 2022, DOI: 10.1039/D2NR05528G, Royal Society of Chemistry

Orlova e Zhukovskyi hanno prodotto immagini al microscopio elettronico ad alta risoluzione che hanno mostrato che non solo il colorante era stato infuso, ma anche le particelle di silice avevano cambiato forma. Le particelle originali erano sfere solitarie leggermente punteggiate di pori come la buccia di un'arancia. Le nuove strutture erano sferiche ed erano composte da globuli più piccoli riempiti di colorante. Avevano anche piccole aperture qua e là che rivelavano un nucleo cavo all'interno. L'unità complessiva somigliava a un lampone cavo.

Dopo la sorpresa della scoperta iniziale sono arrivate una serie di domande pratiche. Quali altre sostanze chimiche potrebbero i ricercatori caricare in particelle simili a forma di lampone? E, cosa più importante, quelle sostanze chimiche rimarrebbero attive anche dopo che le strutture circostanti avessero cambiato forma?

Il collega dottorando Jordan Chasteen ha risposto a queste domande, ripetendo il processo utilizzando un farmaco antitumorale. Dopo una serie di test, confermò che il farmaco antitumorale caricato nelle particelle era ancora attivo e in grado di uccidere le cellule tumorali.

Questa scoperta offre un nuovo strumento per rendere i farmaci esistenti più efficaci, ha affermato Smith.

"Ciò che abbiamo ora è un modo per esaminare l'intero catalogo di farmaci contenenti ammine e, seguendo i semplici passaggi che abbiamo scoperto, possiamo creare nuove versioni dei farmaci esistenti che potrebbero essere più efficaci o avere meno effetti collaterali indesiderati, " Egli ha detto.