Utilizzo di nanoparticelle come vettori di farmaci al cervello e ulteriori applicazioni nel Multimodal Imaging

The blood-brain barrier (BBB) regulates the exchange of substances between blood and brain, severely limiting the penetration of systemically administered drugs and making drug therapy for brain diseases often ineffective. With the onset and progression of brain diseases, the blood-brain barrier undergoes inevitable changes. Therefore, it is necessary to take these changes into consideration to determine appropriate strategies in drug delivery. The interest in brain-targeted nanoparticles (NPs) and their use for drug delivery is well known in the literature: they are solid colloidal particles of submicron size generally consisting of natural or artificial polymers and are classified mainly into lipid-based NPs, polymeric NPs, and inorganic NPs but can also be protein-based NPs of natural origin. Indeed, it has been shown that human H-ferritin (HFn), successfully crosses the BBB and suppresses glioma cancer cells when it carries, in the inner cavity, the drug doxorubicin. Its main entry point is the HFn receptor (transferrin 1 receptor), which is over expressed in both endothelial cells (ECs) of the BBB and cancer cells. The study reviewed shows that HFn is an ideal nanovector for glioblastoma therapy and possesses the appropriate characteristics to be considered potentially functional in therapeutic approaches against a wide range of CNS diseases. Another important example is polylactic and glycolic acid-based polymeric NPs (PLGAs), which are currently the most widely used and whose theranostic applications facilitate the delivery of therapeutic agents and simultaneously control the response to therapy. The article under review addresses the development of PLGA nanocarriers that integrate various imaging probes and are useful in both inapplications in vitro and in vivo. Specifically, superparamagnetic iron oxide nanoparticles (SPION) are used for magnetic resonance imaging (MRI), fluram and cyanine 7.5 (Cy7.5) are used for fluorescence imaging at different emission wavelengths (blue and NIR) while DFO-89Zr is used for positron emission tomography (PET) imaging. In summary, PLGA's theranostic NP shows versatile multimodal imaging capabilities both in vitro and in vivo, excellent biosafety, and more than 1 wt% protein loading. From this preclinical studies, it follows that nanoparticles represent an excellent strategy for the therapy and diagnosis of glioblastoma and central nervous system disorders in general, thus allowing for future effective therapeutic prospects for the treatment of disorders that are not curable to date.

La barriera ematoencefalica (BBB) regola lo scambio di sostanze tra sangue e cervello, limitando fortemente la penetrazione dei farmaci somministrati per via sistemica e rendendo la terapia farmacologica per le malattie cerebrali spesso inefficace. Con l'insorgenza e la progressione delle patologie cerebrali, la barriera ematoencefalica subisce inevitabili modificazioni. Per questo motivo, risulta necessario prendere in considerazione tali cambiamenti per determinare adeguate strategie nella somministrazione dei farmaci. In letteratura è noto l’interesse nei confronti delle nanoparticelle (NP) a bersaglio cerebrale e il loro impiego per la somministrazione di farmaci: esse sono particelle colloidali solide di dimensioni submicroniche costituite generalmente da polimeri naturali o artificiali e si classificano principalmente in NP a base lipidica, NP polimeriche e NP inorganiche ma possono essere anche a base proteica di origine naturale. È stato dimostrato infatti che l’H-ferritina umana (HFn), attraversa con successo la BBB e sopprime le cellule tumorali del glioma quando trasporta, nella cavità interna, il farmaco doxorubicina. Il suo principale punto di ingresso è il recettore HFn (recettore della transferrina 1) che è over espresso sia nelle cellule endoteliali (EC) della BBB, sia nelle cellule cancerose. Lo studio preso in esame dimostra che l'HFn è un nanovettore ideale per la terapia del glioblastoma e possiede le caratteristiche adatte per essere considerato potenzialmente funzionale nell’approccio terapeutico contro un'ampia gamma di malattie del sistema nervoso centrale. Un altro importante esempio è costituito dalle NP polimeriche a base di acido polilattico e glicolico (PLGA) che sono attualmente le più diffuse e le cui applicazioni teranostiche favoriscono la somministrazione di agenti terapeutici e simultaneamente controllano la risposta alla terapia. L’articolo preso in esame affronta la messa a punto di nanocarriers di PLGA che integrando diverse sonde per imaging, risultano utili sia inapplicazioni in vitro, sia in vivo. In particolare, le nanoparticelle di ossido di ferro superparamagnetiche (SPION) vengono utilizzate per l'imaging a risonanza magnetica (MRI), il fluram e la cianina 7.5 (Cy7.5) sono impiegate per l'imaging a fluorescenza a diverse lunghezze d'onda di emissione (blu e NIR) mentre il DFO-89Zr è utilizzato per l'imaging a tomografia a emissione di positroni (PET). In sintesi, la NP teranostica di PLGA mostra capacità di imaging multimodale versatili sia in vitro che in vivo, eccellente biosicurezza e oltre l'1% in peso di carico proteico. Da questi studi preclinici consegue quindi che le nanoparticelle rappresentino un’ottima strategia per la terapia e per la diagnosi del glioblastoma e in genere per le patologie del sistema nervoso centrale, consentendo quindi di pensare a future prospettive terapeutiche efficaci per il trattamento di patologie ad oggi non curabili.