Cercetătorii de la Universitatea Națională din Singapore au dezvoltat o metodă inovatoare de livrare a medicamentelor în celulele canceroase
Cercetătorii de la Universitatea Națională din Singapore (NUS) au creat o metodă de mare viteză pentru a identifica nanoparticulele de aur capabile să livreze terapii direct către mitocondrii, centrele energetice din interiorul celulelor canceroase.
Prin etichetarea nanoparticulelor cu „coduri de bare” unice din ADN, echipa a reușit să urmărească și să compare simultan zeci de designuri în modele de tumori vii, identificând rapid cele mai eficiente pentru a ajunge la acest obiectiv subcelular critic.
Această abordare permite cercetătorilor să evalueze sistematic modul în care designul nanoparticulelor, inclusiv forma, dimensiunea și chimia suprafeței, influențează capacitatea lor de a se acumula în tumori și de a ajunge la mitocondrii. Dintre candidații testați, două formulări s-au evidențiat. Una dintre ele, un nanoparticul cubic de aur modificat cu acid folic, a realizat o regresie tumorală de 99% în studii preclinice, când a fost utilizată într-un tratament combinat ce a implicat terapie RNA direcționată către mitocondrii și terapie fototermală ușoară.
Studiul a fost condus de Andy Tay de la Departamentul de Inginerie Biomedică, Colegiul de Design și Inginerie și Institutul pentru Inovație în Sănătate și Tehnologie de la NUS. Această cercetare demonstrează cum biblioteci mari de nanomateriale pot fi testate eficient în sisteme vii, oferind un cadru rațional pentru proiectarea nanoparticulelor care livrează medicamente cu o precizie mult mai mare. Studiul a fost publicat în Advanced Materials pe 17 februarie 2026.
Mitocondriile sunt ținte atractive în terapia cancerului deoarece reglează procese cheie precum producția de energie și moartea celulară programată. Livrarea medicamentelor direct către aceste organite poate perturba metabolismul tumorii și provoca moartea celulelor canceroase. Totuși, nanoparticulele trebuie să depășească o serie de bariere biologice înainte de a ajunge la mitocondrii: călătorind prin fluxul sanguin, intrând în tumori, penetrând celulele și scăpând de compartimentele celulare care altfel ar distruge încărcătura terapeutică.
Obținerea nanoparticulelor la locul potrivit din organism implică parcurgerea unui traseu complicat plin de obstacole. „Exploatarea codurilor de bare ADN ne permite să urmărim multe designuri de nanoparticule simultan în sisteme vii și să identificăm rapid care dintre ele pot trece cu succes prin diferitele obstacole biologice”, a declarat Andy Tay.
În cadrul studiului, fiecare formulare de nanoparticulă de aur a fost etichetată cu o secvență unică de ADN, permițând cercetătorilor să urmărească distribuția acesteia folosind secvențiere de nouă generație. Echipa a testat o bibliotecă de 30 de designuri de nanoparticule care variau în formă, dimensiune și liganzi de țintire. După administrarea nanoparticulelor grupate în modele preclinice cu tumori, cercetătorii au analizat unde a acumulat fiecare design, de la organe întregi până la tipuri specifice de celule tumorale și, în cele din urmă, la mitocondrii.
Această abordare multiplexată a generat peste 1.000 de puncte de date in vivo, necesitând în jur de 30 de ori mai puține modele in vivo decât experimentele tradiționale de screening unul câte unul.
Lucrările de față se bazează pe un studiu anterior al echipei, publicat în noiembrie 2024, care a demonstrat pentru prima dată utilizarea codării ADN pentru a urmări biodistribuția nanoparticulelor în tumori. Deși studiul anterior a comparat șase designuri de nanoparticule la nivel de țesut, acest nou studiu extinde semnificativ biblioteca și extinde platforma pentru a analiza comportamentul la scară celulară și subcelulară.
„Rezultatele au relevat o informație importantă: nanoparticulele care s-au acumulat eficient în tumori erau de asemenea mult mai susceptibile să ajungă la mitocondrii”, a adăugat Andy Tay. „Cu alte cuvinte, țintirea de succes a tumorii pare a fi o cerință prealabilă pentru livrarea eficientă subcelulară.”
Dintre formulările de nanoparticule testate, două au atras atenția echipei. Particulele sferice mari modificate cu acid folic s-au acumulat puternic în tumori, parțial datorită unei straturi de proteină protectoare care a prelungit circulația în sânge. Între timp, nanoparticulele cubice mari au pătruns mai eficient în celulele tumorale prin endocitoza mediată de clatrină, un mod de preluare celulară, permițând livrarea eficientă către mitocondrii.
Pentru a explora potențialul terapeutic al acestor descoperiri, cercetătorii au testat formularea nanoparticulelor cubice într-o strategie de tratament combinat. Particulele au fost concepute să livreze ARN mic interferent (siRNA) care perturbă expresia genelor mitocondriale, generând în același timp căldură sub lumină infraroșie prin terapie fototermală.
Această abordare duală a avut efecte anticancerigene puternice în studiile preclinice. Atunci când au fost aplicate împreună, tratamentele au dus la aproape eliminarea completă a tumorilor după o singură doză.
În plus față de distrugerea directă a celulelor canceroase, nanoparticulele au interacționat și cu macrofagele asociate tumorii (celule imune care susțin de obicei creșterea tumorii). Terapia a părut să schimbe aceste celule către o stare de combatere a tumorii, sugerând că abordarea ar putea ajuta la remodelarea mediului imun al tumorii.
„Descoperirile noastre arată că designul nanoparticulelor nu este guvernat de un singur factor, cum ar fi forma sau dimensiunea”, a adăugat Andy Tay. „În schimb, multiple proprietăți interacționează în moduri complexe. Platformele de screening de mare viteză, precum a noastră, ne permit să descoperim aceste relații și să depășim încercările și erorile în designul nanomedicinei.”
Platforma ar putea accelera dezvoltarea nanomedicinei de precizie, permițând cercetătorilor să identifice rapid designuri de nanoparticule adecvate pentru ținte biologice specifice. Aplicațiile potențiale includ livrarea direcționată a terapiei cu ARN, tratamente de silențiere a genelor și agenți fototermali pentru cancer și alte boli.
Privind înainte, echipa de cercetare intenționează să extindă și mai mult biblioteca de nanoparticule și să integreze instrumente de automatizare și inteligență artificială pentru a analiza seturile mari de date generate de platforma de screening. De asemenea, cercetătorii își propun să extindă metoda pentru a viza alte organite celulare, deschizând noi posibilități pentru livrarea de medicamente extrem de specifice în interiorul celulelor.
