Somministrazione di farmaci attraverso nanoparticelle

Il progetto FFC#20/2018, coordinato da Maurizio Sanguinetti (Divisione Microbiologia clinica, Università Cattolica del Sacro Cuore, Roma), aveva come obiettivo la ricerca di nuove formulazioni antibiotiche, un obiettivo primario in fibrosi cistica, attraverso delle nanoparticelle, ossia opportuni trasportatori chimici dalle dimensioni lineari dell’ordine di qualche miliardesimo di metro (indicate con NPs). Recentemente i ricercatori hanno pubblicato un lavoro che passa in rassegna tutte le terapie disponibili per la fibrosi cistica (FC), e l’eventuale possibilità di poter somministrare i farmaci attualmente disponibili attraverso queste nanoparticelle.

Sul lavoro (1) leggiamo che l’eccessiva produzione di muco secreto nei polmoni del pazienti affetti da fibrosi cistica, insieme alla sua composizione e consistenza alterate, provoca l’ostruzione delle vie aeree, che rende i polmoni sensibili alle infezioni batteriche ricorrenti e persistenti e all’infiammazione cronica endobronchiale. Nonostante la difficoltà di trattare le continue infezioni causate da agenti patogeni nei pazienti con FC, negli ultimi decenni sono state sviluppate varie strategie focalizzate sulla terapia sintomatica, mostrando un significativo impatto positivo sulla prognosi. Inoltre, al giorno d’oggi, la scoperta dei modulatori CFTR e lo sviluppo della terapia genica hanno offerto nuove opportunità per il trattamento della FC. Tuttavia, la mancanza di metodi efficaci per la somministrazione e in particolare la somministrazione mirata di terapie specificamente ai tessuti e alle cellule polmonari, limita l’efficacia dei trattamenti. La nanomedicina rappresenta una straordinaria opportunità per il miglioramento delle terapie attuali e per lo sviluppo di opzioni terapeutiche innovative per la FC, precedentemente considerate difficili o impossibili da offrire. A causa del peculiare ambiente in cui le terapie devono operare, caratterizzato da diverse barriere biologiche (tratto polmonare, muco, epitelio, biofilm batterico), l’uso di nanotecnologie per migliorare e potenziare il rilascio di farmaci o di terapie geniche è un modo estremamente promettente e da perseguire. L’obiettivo di questa pubblicazione (1) è stato quello di rivedere i trattamenti attualmente utilizzati e di delineare i più recenti progressi nell’uso della nanotecnologia per la gestione terapeutica della fibrosi cistica.

In particolare, si sottolinea come, per essere efficaci, le nanoparticelle per inalazione devono raggiungere le vie aeree profonde e penetrare il muco che ricopre bronchi e alveoli. Quindi le loro dimensioni sono fondamentali per riuscire a garantire che il principio attivo raggiunga il corretto sito d’azione, soprattutto considerando la necessità di superare la barriera di muco che ostruisce i bronchi FC. È un aspetto importantissimo dal punto di vista di un medico, e molto interessante per chi fa ricerca scientifica. Infatti bisogna considerare che un atomo ha dimensioni lineari dell’ordine di 10^-10m (viene chiamato 1 Angstrom e prende nome dal fisico svedese Anders Jonas Ångström, uno dei padri della spettroscopia), ossia un decimo di miliardesimo di metro. È evidente che se vogliamo veicolare più atomi, ossia la molecola che costituisce il principio attivo del farmaco, occorrerà una nanoparticella che, per quanto piccola, riesca a inglobare tutti quegli atomi. Il lavoro sottolinea anche come le nanoparticelle lipidiche solide siano conosciute e studiate dal 1990 e che alcune nanoparticelle polimeriche siano state già usate in esperimenti di laboratorio, per evitare gli effetti collaterali e prevenire la degradazione precoce di farmaci e anche per migliorare la farmacocinetica dei farmaci con scarsa biodisponibilità. Ad esempio, è stato possibile inglobare in nanoparticelle polimeriche gli antibiotici ciprofloxacina e tobramicina.
Ancora, il lavoro sottolinea che le nanoparticelle polimeriche sono state testate come trasportatori non solo di trattamenti antimicrobici, ma anche per la terapia genica. È stato dimostrato che l’utilizzo di queste nanoparticelle ha portato al miglioramento dell’espressione del RNA messaggero, sia in vitro che nei polmoni di topi FC, senza mostrare alcun effetto tossico, proponendosi come alternativa per lo sviluppo di vettori non virali nella terapia genica.

Rassegna ispirata al Progetto FFC#20/2018 coordinato da Maurizio Sanguinetti (Divisione Microbiologia clinica, Università Cattolica del Sacro Cuore, Roma), grazie al supporto di Delegazione FFC di Sassari Castelsardo e Gruppo di Sostegno FFC di Siniscola.

A recent paper (1) published thanks to the FFC project #20/2018, reports on the drugs delivery through nanoparticles. The over-production of the mucus secreted in the lungs of cystic fibrosis (CF) patients, along with its altered composition and consistency, results in airway obstruction that makes the lungs susceptible to recurrent and persistent bacterial infections and endobronchial chronic inflammation, which are considered the primary cause of bronchiectasis, respiratory failure, and consequent death of patients. Despite the difficulty of treating the continuous infections caused by pathogens in CF patients, various strategies focused on the symptomatic therapy have been developed during the last few decades, showing significant positive impact on prognosis. Moreover, nowadays, the discovery of CFTR modulators as well as the development of gene therapy have provided new opportunity to treat CF. However, the lack of effective methods for delivery and especially targeted delivery of therapeutics specifically to lung tissues and cells limits the efficiency of the treatments. Nanomedicine represents an extraordinary opportunity for the improvement of current therapies and for the development of innovative treatment options for CF previously considered hard or impossible to treat. Due to the peculiar environment in which the therapies have to operate characterized by several biological barriers (pulmonary tract, mucus, epithelia, bacterial biofilm) the use of nanotechnologies to improve and enhance drug delivery or gene therapies is an extremely promising way to be pursued. This review interestingly underlines the effective delivery through nanoparticles of both anti-microbic agents and gene-editing-based therapies.

(1) Velino C, Carella F, Adamiano A, Sanguinetti M, Vitali A, Catalucci D, Bugli F, Iafisco M. Nanomedicine Approaches for the Pulmonary Treatment of Cystic Fibrosis. Front Bioeng Biotechnol. 2019 Dec 17;7:406. doi: 10.3389/fbioe.2019.00406. eCollection 2019.