Un trattamento in via di sviluppo che utilizza l'oro e la luce infrarossa può curare il cancro in modo più sicuro, integrando altri trattamenti

Di JACQUELYN WATERS 

Esistono molti modi per curare il cancro e alcuni di essi sono spaventosi quasi quanto la malattia stessa. Ma oggi, i ricercatori stanno iniziando a svelare alcuni nuovi approcci, incluso uno che deriva da guarigioni apparentemente miracolose in pazienti oncologici che hanno manifestato febbre grave.

E la parte interessante è che l'oro potrebbe essere solo l'ingrediente necessario per sfruttare una debolezza che alcuni tumori hanno per un improvviso aumento della temperatura corporea.

Questo è importante, perché il cancro non sta scomparendo.

Negli Stati Uniti, il cancro è la seconda causa di morte. L'American Cancer Society stima che nel 2022 ci saranno 1,9 milioni di nuovi casi di cancro e oltre 600.000 morti per cancro.

Questo è l'equivalente di 5.250 nuovi casi di cancro ogni giorno. Il cancro è un enorme problema di salute.

Le principali opzioni di trattamento per il cancro non hanno sempre successo e portano con sé una serie di possibili effetti collaterali come nausea, vomito, caduta dei capelli, aumento del rischio di infezioni e possibilità di tumori secondari.

L'ipertermia, nota anche come surriscaldamento, è una terapia che utilizza il calore per uccidere le cellule tumorali. È meglio utilizzato insieme ad altre terapie come la chemioterapia o la radioterapia.

Una delle sfide nell'usare l'ipertermia per curare il cancro è assicurarsi che il calore vada nel posto giusto. È qui che entra in gioco l'oro. La ricerca in corso rivela che le nanoparticelle d'oro possono essere utilizzate per riscaldare e uccidere le cellule tumorali con grande precisione e minimi effetti collaterali. Questa forma di ipertermia è chiamata terapia fototermica e ha mostrato risultati molto promettenti per un certo numero di tipi di cancro.

Il cancro è un problema

Il cancro è un serio problema per la salute in tutto il mondo.

Secondo dati recenti dell'American Cancer Society, le donne statunitensi hanno una probabilità del 38,5% di sviluppare un cancro invasivo nel corso della loro vita, mentre i maschi hanno una probabilità del 40,2%.

Il cancro diventa invasivo quando si diffonde oltre lo strato di tessuto in cui si è sviluppato e nei tessuti e nei linfonodi sani circostanti.

Se non trattate, le cellule tumorali possono entrare nel sangue o nel fluido linfatico ed emigrare in altri tessuti o organi. Questo processo di metastasi spesso provoca tumori secondari nel corpo.

Le principali opzioni di trattamento per il cancro non sono l'ideale

Poiché il cancro è così vario, non esiste un approccio unico e completo al trattamento. Le principali opzioni di trattamento includono chirurgia, radioterapia, chemioterapia e immunoterapia.

Sebbene la chirurgia sia generalmente considerata una terapia efficace per i tumori in fase iniziale, non è l'ideale per i tumori metastatici poiché le cellule tumorali si sono diffuse ad altre regioni del corpo. In alcuni casi, anche se l'intervento chirurgico viene eseguito precocemente, il cancro può ripresentarsi.

La radioterapia utilizza radiazioni ad alta energia per danneggiare il DNA delle cellule tumorali. Questo tipo di terapia spesso danneggia anche i tessuti sani circostanti. Come con la chirurgia, è difficile trattare il cancro metastatico con la radioterapia.

La chemioterapia può trattare molti diversi tipi di cancro, anche se il cancro ha metastatizzato. Sfortunatamente, i farmaci chemioterapici possono essere tossici per i tessuti sani e non cancerosi del corpo.

Un problema significativo con la radioterapia e la chemioterapia è che entrambe possono causare il cancro, rendendo il cancro secondario un grave possibile effetto collaterale.

L'immunoterapia è una terapia antitumorale che aiuta il sistema immunitario a combattere il cancro. Come terapia biologica, questo trattamento utilizza sostanze prodotte da altri organismi viventi.

Esistono diversi tipi di trattamenti immunoterapici tra cui la terapia di trasferimento dei linfociti T, anticorpi monoclonali, modulatori del sistema immunitario, vaccini terapeutici e inibitori del checkpoint immunitario.

Sebbene gli effetti collaterali dell'immunoterapia in genere non siano così fastidiosi come gli effetti collaterali della chemioterapia, possono comunque verificarsi.

Poiché il sistema immunitario del corpo è stato potenziato per combattere le cellule tumorali, potrebbero esserci dei danni collaterali alle cellule sane, come sintomi simil-influenzali, palpitazioni cardiache e infiammazioni degli organi.

Una parte significativa della ricerca sulla terapia del cancro è dedicata alla scoperta di terapie che possono integrare o sostituire le attuali opzioni terapeutiche con maggiore efficacia e minori effetti collaterali.

L'ipertermia come approccio al trattamento del cancro

Nel 1800 , i medici iniziarono a notare una serie di casi intriganti di malati di cancro che, dopo aver sofferto di febbre alta per aver contratto l'erisipela, scoprirono che i sintomi del cancro erano diminuiti. Alcuni pazienti hanno avuto una completa regressione del tumore.

L'erisipela è un'infezione della pelle causata dai batteri Streptococcus, tipicamente S. aureus o S. pyogenes. Una caratteristica chiave dell'infezione è la febbre, che può essere molto alta.

Un chirurgo, il dottor William Coley, rimase affascinato da questi casi di studio e nel 1891 gli iniettò S . pyogenes nel tumore inoperabile di un paziente per vedere se l'infezione aiuta a ridurlo.

La temperatura corporea del paziente è salita a 105 gradi. Alcuni giorni dopo l'inizio della febbre, il suo tumore iniziò a ridursi. Sorprendentemente, entro due settimane, il tumore era scomparso.

Coley ha passato anni a perfezionare le iniezioni batteriche per curare i tumori. Queste formulazioni divennero note come tossine di Coley.

Una società farmaceutica ha creato preparati a base di tossine di Coley dal 1899 al 1951, rendendo il trattamento disponibile ai medici negli Stati Uniti e in Europa.

I risultati variavano su diversi tipi di cancro, ma l'Iowa Orthopaedic Journal osserva che il trattamento è stato particolarmente efficace sui tumori ossei e sui sarcomi dei tessuti molli.

I sarcomi dei tessuti molli sono tumori che si formano nei muscoli, nel grasso, nei nervi, nel rivestimento delle articolazioni, nei vasi sanguigni e nei tendini.

Nel 1962, la FDA ha rimosso le tossine di Coley dall'elenco dei farmaci approvati, quindi è diventato illegale usare questa tossina per curare il cancro. In questo momento la chirurgia, la radioterapia e la chemioterapia stavano diventando i pilastri del trattamento del cancro .

Sebbene queste altre terapie abbiano preso i riflettori, gli scienziati hanno continuato a ricercare come l'ipertermia riduce i tumori.

Nel corso dei decenni, hanno generato un enorme corpus di conoscenze sul trattamento del cancro con l'ipertermia. Diamo una rapida occhiata ad alcune delle basi della biologia alla base di questa terapia.

Quello che sappiamo ora su calore e cancro

I tumori sono generalmente più acidi dei tessuti normali e spesso presentano regioni di ipossia (apporto di ossigeno inadeguato). Uno studio sull'International Journal of Hyperthermia rileva che questi due fattori rendono i tumori resistenti alla chemioterapia e alle radiazioni, ma più suscettibili allo stress da calore.

Uno studio incluso nella rivista Nanomedicine ha scoperto che l'ipertermia causa l'apoptosi cellulare (morte cellulare programmata) causando danni mitocondriali irreparabili.

L'ipertermia può anche innescare la necrosi cellulare (morte cellulare incontrollata) danneggiando la membrana cellulare e denaturando le proteine, secondo una ricerca pubblicata su Cytometry Part A, la rivista della International Society for Advancement of Cytometry .

L'ipertermia può avviare contemporaneamente entrambi questi percorsi di morte cellulare in un singolo tumore. La quantità di necrosi rispetto all'apoptosi che si verifica nel tumore dipende da diversi fattori, in particolare dal grado di calore applicato.

L'apoptosi è un processo molto più "pulito" e organizzato rispetto alla necrosi. La necrosi è distruttiva per i tessuti circostanti, quindi è importante che i medici scelgano attentamente l'intensità e la durata del trattamento termico.

Nel loro articolo di revisione, " Gold Nanoparticles in Cancer Teranostics ", gli autori osservano che le cellule tumorali maligne tendono ad avere una ridotta reattività alla protezione dagli shock termici, rendendole più suscettibili allo stress termico.

Lo stress termico rende i tumori più vulnerabili alla radioterapia , rendendo questa terapia più efficace. Questa sensibilizzazione avviene attraverso diversi percorsi cellulari secondo una ricerca pubblicata sulla rivista Cancers . Allo stesso modo, lo stress termico rende i tumori più suscettibili ai chemioterapici.

Ad esempio, uno studio in vitro sulla rivista Scientific Reports ha rilevato che quando il melanoma maligno veniva trattato con ipertermia e farmaci chemioterapici clinicamente rilevanti, l'ipertermia rendeva più efficaci più di un farmaco chemioterapico. Questa è un'ottima notizia per il trattamento delle cellule tumorali.

La domanda è: come possiamo indirizzare direttamente le cellule tumorali con l'ipertermia in modo da non danneggiare i tessuti sani?

Alcuni metodi attuali sono invasivi, in particolare se il tumore è profondo. Per molti metodi, la distribuzione del riscaldamento spesso non è uniforme. Inoltre, questi metodi tendono a essere diretti al tumore in base a ciò che può essere visto con le scansioni e l'occhio umano, ma non sono precisi a livello cellulare.

Nanoparticelle

Il trucco per un'ipertermia veramente efficace è ottenere il calore all'interno del tumore senza riscaldare tutto il tessuto circostante e le nanoparticelle sono la chiave di tale capacità. L'uso di nanoparticelle e luce nel vicino infrarosso per generare calore in un tumore è minimamente invasivo, più uniforme e molto più preciso nel prendere di mira il tumore a livello cellulare.

Le nanoparticelle sono minuscole, sebbene abbiano dimensioni variabili da 1 a 100 nanometri (nm), anche se alcuni scienziati sostengono che le nanoparticelle possono avere dimensioni fino a 1000 nm.

Se uno dei tuoi capelli fosse gonfiato per avere le dimensioni di un palo del telefono, una nanoparticella sarebbe un puntino con un diametro largo all'incirca quanto lo spessore di un pezzo di carta.

Sono troppo piccoli per essere visti senza un microscopio elettronico, ma possono esercitare un potente effetto a seconda di come vengono utilizzati.

In che modo le nanoparticelle entrerebbero nel tumore?

I vasi sanguigni nei tumori sono diversi dai vasi sanguigni in un organo tipico. Il tumore non è un tessuto sano e normale, quindi i vasi sanguigni che lo alimentano non sono né normali né sani.

I vasi sanguigni sani che portano il sangue ossigenato nei tessuti hanno piccoli spazi tra le cellule endoteliali che rivestono i vasi sanguigni. Immagina una piccola cannuccia con piccole fessure. Queste cellule endoteliali sono circondate da cellule muscolari lisce. Immagina un'altra cannuccia, che è molto più forte e leggermente più grande, con la cannuccia più piccola all'interno.

Nei tumori, la cannuccia interna ha fori molto più grandi e nessuna paglia esterna forte che la circonda . Il risultato è che i tumori sono alimentati da vasi sanguigni molto permeabili.

Il tuo corpo si basa in parte sul sistema linfatico per eliminare lo spreco di cellule morte e altri processi corporei. Immagina un sistema molto simile a tutti i tuoi vasi sanguigni ma con un ruolo diverso.

In un tumore, i vasi linfatici sono compressi, causando uno scarso drenaggio linfatico dal tumore.

Secondo un articolo di revisione pubblicato sulla rivista Cancer nel 2020 , i vasi sanguigni che perdono e lo scarso drenaggio linfatico provocano un effetto che consente alle nanoparticelle di spostarsi dal flusso sanguigno nel tumore e di accumularsi lì  .

Nanoparticelle d'oro ideali per la terapia fototermica

Le nanoparticelle d'oro sono un candidato ideale per la terapia fototermica, che in genere utilizza la luce infrarossa per riscaldare i tessuti. Questa forma di luce può penetrare in profondità nel corpo. Va bene, ma anche meglio se il calore è più intenso nell'area del tumore. In quello scenario, non devi rischiare di danneggiare altri tessuti tanto.

Ecco dove l'oro diventa essenziale. L'oro è abbastanza biocompatibile in quanto è un metallo inerte. Le nanoparticelle d'oro possono assorbire l'energia luminosa e riscaldarsi fino a oltre 113 gradi Fahrenheit.

La luce del vicino infrarosso (NIR)  nell'intervallo da 800 a 1200 nanometri può essere diretta nel corpo, dove colpisce le nanoparticelle, che poi si riscaldano. Pensalo come un forno a microonde che riscalda il tuo caffè freddo ma non la tua tazza. A seconda delle dimensioni e della forma, le nanoparticelle d'oro possono assorbire diverse frequenze di luce e possono essere progettate per il massimo assorbimento della luce NIR.

La dimensione delle nanoparticelle d'oro è importante. In generale, le nanoparticelle metalliche più piccole convertono l'energia luminosa in energia termica in modo più efficiente rispetto alle nanoparticelle metalliche più grandi.

Secondo una ricerca pubblicata sulla rivista Application of Nanomaterials in Biomedical Imaging and Cancer Therapy nel 2021, esistono in genere due metodi per indurre l'ipertermia in un tumore.

Innanzitutto, le nanoparticelle d'oro possono essere riscaldate a temperature elevate (superiori a 113 gradi Fahrenheit) per diversi minuti. Questo porta alla morte cellulare attraverso l'ablazione termica. Lo svantaggio è che questo può far sì che il sangue smetta di fluire attraverso il tumore e il tumore potrebbe emorragia. Ciò inibirebbe l'ulteriore trattamento con una terapia secondaria.

Un secondo metodo crea una lieve ipertermia (da 107,6 a 109,4 gradi Fahrenheit) all'interno del tumore. Questo innesca il danno cellulare e rende i vasi sanguigni del tumore più permeabili. Questo metodo consente di utilizzare contemporaneamente una terapia sinergica come la chemioterapia.

Abbina la terapia fototermica con un'altra terapia

Poiché i vasi sanguigni che alimentano il tumore non sono sani, potrebbero esserci aree di un tumore che non hanno un buon apporto di sangue, ecco perché alcune regioni di un tumore possono essere ipossiche.

Le nanoparticelle potrebbero non accumularsi in queste regioni poiché l'afflusso di sangue è carente, il che significa che la sola terapia fototermica potrebbe non distruggere tutte le cellule tumorali nel tumore.

È importante sottolineare che la ricerca mostra che le cellule tumorali sopravvissute esposte al calore possono diventare rapidamente resistenti allo stress termico, con conseguente recidiva e diffusione del cancro (metastasi), secondo i risultati della revisione " Multifunzionale Nanoparticelle d'oro nella diagnosi e nel trattamento del cancro ".

I due punti precedenti rivelano perché è importante che nei casi in cui la terapia fototermica non può distruggere completamente il tumore, questa terapia sia associata a una terapia secondaria come la chemioterapia, la radioterapia o l'immunoterapia.

Conclusioni

Il National Cancer Institute osserva che l'ipertermia è stata utilizzata per trattare i seguenti tipi di tumori avanzati: cancro dell'appendice, cancro della vescica, cancro del cervello, cancro della mammella, cancro della cervice, cancro dell'esofago, cancro della testa e del collo, cancro del fegato, cancro del polmone, melanoma, mesotelioma, sarcoma e cancro del retto.

Come tipo di ipertermia, la terapia fototermica utilizzata in combinazione con altre terapie antitumorali ha un grande potenziale nel trattamento dei tumori primari o del cancro metastatico per diversi tipi di cancro.

Un certo numero di piattaforme basate su nanoparticelle d'oro sono state valutate in studi clinici. Sebbene i risultati finora siano per lo più incoraggianti, la revisione " Multifunzionali di nanoparticelle d'oro nella diagnosi e nel trattamento del cancro " rileva che molti di questi studi sono ancora in fase iniziale o di fase uno studi clinici.

Poiché ricercatori e medici perfezionano il trattamento con la terapia fototermica, la speranza è che un giorno diventi un'opzione disponibile per i malati di cancro ovunque.

Riferimenti

Debele, TA, Sì, CF e Su, WP (2020). Immunoterapia oncologica e applicazione delle nanoparticelle nei tumori Immunoterapia come veicolazione di agenti immunoterapici e come immunomodulatori. Cancro ,  12 (12), 3773. https://doi.org/10.3390/cancers12123773

Gao, Q., Zhang, J., Gao, J., Zhang, Z., Zhu, H. e Wang, D. (2021). Nanoparticelle d'oro nella teranostica del cancro. Frontiere nella bioingegneria e nelle biotecnologie ,  9 , 647905. https://doi.org/10.3389/fbioe.2021.647905

Globocan 2020: Nuovi dati globali sul cancro . UICC. (2022, 27 giugno). Estratto il 25 giugno 2022 da https://www.uicc.org/news/globocan-2020-new-global-cancer-data

Ipertermia per curare il cancro . Istituto Nazionale del Cancro. (nd). Estratto il 1 luglio 2022 da https://www.cancer.gov/about-cancer/treatment/types/hyperthermia#cancers-treatment-with-hyperthermia

Kaur, P., Hurwitz, MD, Krishnan, S. e Asea, A. (2011). Ipertermia e radioterapia combinate per il trattamento del cancro. Cancro ,  3 (4), 3799–3823. https://doi.org/10.3390/cancers3043799

Koller, MR, Hanania, EG, Stevens, J., Eisfeld, TM, Sasaki, GC, Fieck, A. e Palsson, B. Ø. (2004). Purificazione cellulare in situ mediata da laser ad alto rendimento con elevata purezza e resa. Citometria. Parte A: il giornale della Società internazionale di citologia analitica, 61(2), 153–161. https://doi.org/10.1002/cyto.a.20079

Mantso, T., Vasileiadis, S., Anestopoulos, I., Voulgaridou, GP, Lampri, E., Botaitis, S., Kontomanolis, EN, Simopoulos, C., Goussetis, G., Franco, R., Chlichlia, K., Pappa, A. e Panayiotidis, MI (2018). L'ipertermia induce efficacia terapeutica e potenzia la terapia adiuvante con farmaci non mirati e mirati in un modello in vitro di melanoma maligno umano. Rapporti scientifici ,  8 (1), 10724. https://doi.org/10.1038/s41598-018-29018-0

McCarthy EF (2006). Le tossine di William B. Coley e il trattamento dei sarcomi delle ossa e dei tessuti molli. Il diario ortopedico dell'Iowa ,  26 , 154–158.

Moyer, risorse umane e Delman, KA (2008). Il ruolo dell'ipertermia nell'ottimizzazione della risposta tumorale alla terapia regionale. Rivista internazionale di ipertermia: la rivista ufficiale della Società europea per l'oncologia ipertermica, North American Hyperthermia Group ,  24 (3), 251–261. https://doi.org/10.1080/02656730701772480

Moyer, risorse umane e Delman, KA (2008). Il ruolo dell'ipertermia nell'ottimizzazione della risposta tumorale alla terapia regionale. Rivista internazionale di ipertermia: la rivista ufficiale della Società europea per l'oncologia ipertermica, North American Hyperthermia Group ,  24 (3), 251–261. https://doi.org/10.1080/02656730701772480

Pivetta, TP, Botteon, C., Ribeiro, PA, Marcato, PD e Raposo, M. (2021). Sistemi di nanoparticelle per la fototerapia del cancro: una panoramica. Nanomateriali (Basilea, Svizzera) ,  11 (11), 3132. https://doi.org/10.3390/nano11113132

Siegel, RL, Miller, KD, Fuchs, HE e Jemal, A. (2022). Statistiche sul cancro, 2022.  CA: una rivista sul cancro per i medici ,  72 (1), 7–33. https://doi.org/10.3322/caac.21708

Tong, L. e Cheng, JX (2009). La fototermolisi mediata da nanorod d'oro induce l'apoptosi dei macrofagi attraverso il danno dei mitocondri. Nanomedicina (Londra, Inghilterra) ,  4 (3), 265–276. https://doi.org/10.2217/nnm.09.4

van der Zee J. (2002). Riscaldare il paziente: un approccio promettente?. Annali di oncologia: Gazzetta ufficiale della Società europea di oncologia medica ,  13 (8), 1173–1184. https://doi.org/10.1093/annonc/mdf280

Wong, AD, Ye, M., Ulmschneider, MB e Searson, PC (2015). Analisi quantitativa dell'effetto di Enhanced Permeation and Retention (EPR). PloS uno, 10(5), e0123461. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0123461

Yang, Y., Zheng, X., Chen, L., Gong, X., Yang, H., Duan, X. e Zhu, Y. (2022). Nanoparticelle d'oro multifunzionali nella diagnosi e nel trattamento del cancro. Rivista internazionale di nanomedicina ,  17 , 2041–2067. https://doi.org/10.2147/IJN.S355142

Zou, L., Wang, H., He, B., Zeng, L., Tan, T., Cao, H., He, X., Zhang, Z., Guo, S. e Li, Y. (2016). Approcci attuali della terapia fototermica nel trattamento delle metastasi del cancro con nanoterapici. Teranostica ,  6 (6), 762–772. https://doi.org/10.7150/thno.14988