Ci sono innovazioni che derivano dalla combinazione di altre innovazioni e spesso il risultato è superiore alla somma dei singoli contributi. È il caso di una tecnologia presentata sull’ultimo numero della rivista Advanced Materials da due team del MIT di Boston e della University of North Carolina (UNC) di Chapel Hill in un articolo che vede tra gli autori Paula Hammond, David H. Koch Professor di ingegneria chimica al MIT e membro del Koch Institute for Integrative Cancer Research, Joseph DeSimone e William R. Kenan Jr. docenti di Chimica presso la UNC.
L’innovazione consiste nella combinazione di una nuova tecnologia di rivestimento sviluppata presso il MIT e di un nuovo sistema di produzione di nanoparticelle sviluppato nei laboratori di Chapel Hill. L’insieme offre un modo per produrre rapidamente in serie nanoparticelle su misura appositamente rivestite per applicazioni specifiche, comprendenti medicinali e elettronica. Grazie all’abbinamento delle due tecnologie esistenti, gli scienziati possono produrre particelle uniformi molto piccole con strati “personalizzati” di materiale in grado di trasportare farmaci o altre molecole pronte ad interagire con l’ambiente o indirizzate a specifici tipi di cellule. La realizzazione di lotti altamente riproducibili di nanoparticelle rivestite e ingegnerizzate può risultare molto importante per la produzione sicura e certificata di farmaci.
Sono le promesse della nano fabbricazione, che sta facendo rapidi passi avanti. Nel laboratorio di Hammond in precedenza era già stata sviluppata una tecnica molto versatile di deposizione strato-su-strato per rivestimenti superficiali di nanoparticelle con strati alternati di farmaci, RNA, proteine o altre molecole di particolare interesse.
Tuttavia, i processi strato-su-strato oggi comunemente utilizzati per rivestimenti con nanoparticelle richiedono troppo tempo per essere considerati utili nella produzione su larga scala, che richiede rapidità. Per ogni strato, le particelle devono essere immerse in una soluzione del materiale di rivestimento, poi passate in una centrifuga per rimuovere l’eccesso di rivestimento; l’applicazione di ogni strato richiede circa un’ora.
Nel nuovo studio, i ricercatori del MIT hanno usato una tecnica a spruzzo che consente loro di applicare uno strato in pochi secondi. Questa tecnologia, già sviluppata nel laboratorio di Hammond, viene ora commercializzato da Svaya Nanotecnologie. Hammond ha combinato questo approccio con una tecnologia di produzione di nanoparticelle conosciuta come PRINT (Particle Replication In Non-wetting Templates), sviluppata nel laboratorio di DeSimone a UNC e ora commercializzato da Liquidia Technologies.
La piattaforma PRINT è una tecnologia di stampaggio continuo di particelle (roll-to-roll) che consente la progettazione e la produzione di massa di particelle ingegnerizzate e di dimensioni, forma e composizione chimica controllate precisamente. Per ottenere particelle come quelle usate in questo studio, una miscela di polimeri e molecole farmacologiche viene applicata a un grande nastro di pellicola consistente in uno stampo di dimensioni nanometriche con sagome di forma e dimensione desiderate. La miscela riempie ogni sagoma dello stampo e si solidifica per creare miliardi di nanoparticelle. Le particelle vengono rimosse dallo stampo utilizzando un altro rotolo di pellicola adesiva, che può essere poi spruzzato con strati di speciali rivestimenti utilizzando la nuova tecnologia di Hammond e infine separato nelle singole particelle.
Questo nuovo processo promette di produrre grandi quantità di nanoparticelle rivestite, riducendo drasticamente i tempi di produzione. Ciò consente inoltre la progettazione personalizzata di una vasta gamma di materiali, sia per quanto riguarda la nanoparticella in sé che per il rivestimento, in vista di applicazioni in elettronica, nella somministrazione di farmaci e vaccini, nella cicatrizzazione delle ferite e altro ancora.
Per dimostrare l’utilità potenziale della tecnica, i ricercatori hanno creato particelle rivestite di acido ialuronico testate su proteine bersaglio, chiamate recettori CD44, che si trovano con alti livelli nelle cellule tumorali aggressive. Hanno scoperto che le cellule del cancro al seno coltivate in laboratorio reagiscono con le particelle rivestite con strati di acido ialuronico molto più efficiente rispetto a particelle senza rivestimento o con rivestimento che non contiene acido ialuronico. Negli studi di follow-up, hanno in programma di progettare particelle contenenti farmaci contro il cancro; alcune particelle potranno includere combinazioni di differenti farmaci chemioterapici, o un farmaco combinato con molecole di RNA che colpiscono geni cancerogeni. Queste combinazioni possono lavorare insieme in modo sinergico per disarmare selettivamente ed eliminare le cellule tumorali.