Consegna o potenziamento della radioterapia
Circa la metà di tutti i pazienti con cancro ricevono una qualche forma di radioterapia nel corso del loro trattamento. La radioterapia utilizza radiazioni ad alta energia per ridurre i tumori e uccidere le cellule tumorali. La radioterapia uccide le cellule tumorali danneggiando il loro DNA e inducendo l’apoptosi cellulare. La radioterapia può danneggiare il DNA direttamente o creare particelle cariche (atomi con un numero dispari o non accoppiato di elettroni) all’interno delle cellule che possono a loro volta danneggiare il DNA. La maggior parte dei tipi di radiazioni usate per il trattamento del cancro utilizzano raggi X, raggi gamma e particelle cariche. Come tali, sono intrinsecamente tossiche per tutte le cellule, non solo per le cellule tumorali, e vengono somministrate in dosi che sono il più efficaci possibile, senza essere troppo dannose per il corpo o fatali. A causa di questo compromesso tra efficacia e sicurezza rispetto al tipo di tumore, alla sua localizzazione e al suo stadio, spesso l’efficacia del trattamento deve rimanere a livelli ridotti per non essere eccessivamente tossica per i tessuti circostanti o per gli organi vicini alla massa tumorale.
La ricerca specifica sulle nanotecnologie si è concentrata sulla radioterapia come modalità di trattamento che potrebbe trarre grande beneficio dalle proprietà dei materiali in nanoscala e da un maggiore accumulo di tumori. I meccanismi principali su cui si basano queste piattaforme in nanoscala sono il miglioramento dell’effetto della radioterapia, l’aumento della terapia, e/o nuove modalità di radiazione elettromagnetica applicate esternamente. Più specificamente, la maggior parte di queste piattaforme nanotecnologiche si basano sull’interazione tra raggi X e nanoparticelle a causa delle proprietà intrinseche a livello atomico dei materiali utilizzati. Queste includono nanoparticelle ad alto numero atomico Z che migliorano gli effetti Compton e fotoelettrici della radioterapia convenzionale. In sostanza, aumentano l’efficacia mantenendo l’attuale dosaggio della radioterapia e la sua conseguente tossicità per il tessuto circostante. Altre piattaforme utilizzano nanoparticelle a rilascio di farmaco innescate dai raggi X che consegnano il farmaco localmente al sito del tumore o per sensibilizzare le cellule tumorali alla radioterapia in combinazione con il farmaco.
Un altro tipo di terapia che si basa sulla radiazione elettromagnetica esterna è la terapia fotodinamica (PDT). Si tratta di una procedura anticancro efficace per il tumore superficiale che si basa sulla localizzazione tumorale di un fotosensibilizzatore seguito dall’attivazione della luce per generare specie reattive di ossigeno (ROS) citotossiche. Diverse piattaforme di nanomateriali sono state studiate a questo scopo. Spesso costituite da un nucleo high-Z drogato con lantanidi o afnio, una volta iniettate queste possono essere irradiate esternamente da raggi X permettendo al nucleo delle nanoparticelle di emettere i fotoni di luce visibile localmente al sito del tumore. L’emissione di fotoni dalle particelle attiva successivamente un fotosensibilizzatore legato alla nanoparticella o locale per generare ROS di ossigeno singoletto (1O2) per la distruzione del tumore. Inoltre, queste nanoparticelle possono essere utilizzate sia come PDT che genera ROS sia per una radioterapia potenziata attraverso il nucleo high-Z. Anche se molte di queste piattaforme sono state inizialmente studiate in vivo tramite iniezione intratumorale per siti tumorali superficiali, alcune sono state testate per la consegna tramite iniezione sistemica ai tumori dei tessuti profondi. I benefici primari per il paziente sarebbero la consegna locale della PDT a obiettivi tumorali del tessuto profondo, una terapia alternativa per le cellule tumorali che sono diventate resistenti alla radioterapia, e la riduzione della tossicità (ad esempio, la sensibilità alla luce) comune alla PDT tradizionale. Infine, altre piattaforme utilizzano una forma di radiazione Cherenkov per un fine simile, di emissione locale di fotoni da utilizzare come trigger per la PDT locale. Queste possono essere utilizzate anche per gli obiettivi dei tessuti profondi.