David Mittelstein Ricercatore Dimostra Che gli Ultrasuoni Sintonizzati Possono Interrompere Selettivamente la Struttura delle Cellule Tumorali

Come già anticipato altre volte abbiamo migliaia di ricerche sui tumori sparse in giro per il mondo che attendono solo di essere messe in pratica, la priorità purtroppo va solo a chi gode di tutte le credenziali per essere profittevole in termini economici, ecco che i fondi come è prevedibile non vanno mai nella giusta direzione e si viene a creare inevitabilmente un circolo vizioso che porta allo sviluppo di direttive che sono estremamente valide sotto certi punti di vista ma non hanno mai una soluzione definitiva al problema.

Un po alla volta vi porteremo li dove secondo la nostra esperienza nel settore della ricerca investigativa si dovrebbe andare (Fermo restando che abbiamo già ora tutti gli strumenti necessari per porre la parola fine al problema) e lo facciamo offrendo a tutti voi alcuni interessanti sviluppi in corso d’opera che si avvicinano parzialmente a quello che speriamo un giorno possa essere il giusto indirizzo che purtroppo non dipende da chi lavora in questo momento sul campo.

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Ultrasuoni Sintonizzati

Gli ingegneri medici hanno dimostrato che la particolare struttura interna delle cellule tumorali può renderle vulnerabili alle vibrazioni di specifiche frequenze di ultrasuoni. Queste onde ultrasonore pulsate a bassa intensità sono una terapia potenzialmente sicura per colpire i tumori del sangue.

Gli ultrasuoni pulsati a bassa intensità, con una frequenza sintonizzata sulle cellule bersaglio, possono disgregare le cellule tumorali senza danneggiare le cellule sanguigne sane.

Gli ultrasuoni focalizzati ad alta intensità sono talvolta utilizzati per distruggere le cellule tumorali in profondità nei tessuti, ma l’energia termica trasmessa può danneggiare anche le cellule sane nel punto in cui si concentrano gli ultrasuoni. Gli ultrasuoni pulsati a bassa intensità (LIPUS), invece, non riscaldano le cellule ma vengono utilizzati per modulare meccanicamente le cellule, ad esempio per stimolare la riparazione ossea.

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La modellazione computazionale ha precedentemente dimostrato che le vibrazioni di LIPUS possono uccidere selettivamente le cellule tumorali. Ciò ha portato alla teoria dell’oncotripsia, che prevede che la risposta delle cellule alle onde ultrasonore dipenda dalla struttura cellulare, analogamente a come la vulnerabilità di un edificio al terremoto dipende dalla sua struttura. Secondo questa teoria, l’alterazione delle strutture interne delle cellule tumorali in rapida divisione le rende vulnerabili a determinate frequenze di ultrasuoni. Una recente collaborazione tra ricercatori del California Institute of Technology e del Beckman Research Institute sostiene questa ipotesi (Appl. Phys. Lett. 10.1063/1.5128627).

“Questo progetto dimostra che gli ultrasuoni possono essere utilizzati per colpire le cellule tumorali in base alle loro proprietà meccaniche”, afferma l’autore principale David Mittelstein. “Si tratta di un’entusiasmante prova di concetto per un nuovo tipo di terapia antitumorale che non richiede che il cancro abbia marcatori molecolari unici o che sia localizzato separatamente dalle cellule sane per essere bersagliato”.

Selecting the magnitude

Mittelstein e colleghi hanno testato LIPUS su sospensioni di cellule tumorali (mammarie, del colon o leucemiche) mescolate con cellule immunitarie o globuli rossi sani. Hanno collocato queste sospensioni in piastre acusticamente trasparenti, attraverso le quali hanno applicato brevi frequenze di 0,5-0,67 MHz per 60 s.

Il team ha testato vari modelli di impulsi di ultrasuoni e ha scoperto che 0,5 MHz con impulsi di 20 ms di durata erano i più efficaci. La proteina strutturale chiave delle cellule tumorali, l’actina, è stata immediatamente interrotta dopo il trattamento, portando alla distruzione quasi completa delle cellule tumorali.

“A determinate frequenze, gli ultrasuoni a bassa intensità hanno provocato la rottura dello scheletro cellulare delle cellule tumorali, mentre le cellule sane vicine sono rimaste indenni”, spiega Mittelstein.

Sotto pressione

Il team ha scoperto che negli esperimenti erano presenti onde acustiche stazionarie, formate da un’onda sorgente che interferisce con la sua riflessione. Questo tipo di onde ha un andamento statico, con aree di alta e bassa pressione che si ritiene possano danneggiare le cellule. Gli scienziati lo hanno dimostrato utilizzando una cuvetta appositamente progettata, che ha eliminato la riflessione delle onde e di conseguenza la morte delle cellule tumorali.

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Successivamente, i ricercatori hanno misurato le trasmissioni acustiche all’interno delle cellule e hanno osservato che le onde stazionarie amplificavano rapidamente la pressione nelle cellule, causando la formazione e il collasso di piccole cavità. Questo processo di cavitazione si è verificato quasi in sincronia con la citodistruzione cellulare e, quando la cavitazione è stata impedita conducendo gli esperimenti all’interno di una camera a sovrapressione, le cellule tumorali sono sopravvissute. Sebbene ciò dimostri che le onde stazionarie e la cavitazione sono coinvolte nella morte delle cellule tumorali, gli scienziati hanno rilevato la cavitazione anche nei globuli rossi sopravvissuti alla LIPUS.

“Abbiamo scoperto che le onde stazionarie e la cavitazione sono necessarie, ma non sufficienti, per l’effetto che abbiamo osservato”, spiega Mittelstein. “La risposta di un determinato tipo di cellula alle sollecitazioni meccaniche che ne derivano dipende dalle sue proprietà biofisiche”.

Ultrasuoni mirati in clinica?

I ricercatori ritengono che la loro tecnica a ultrasuoni possa essere utilizzata per colpire il cancro del sangue o le cellule tumorali circolanti. Hanno anche testato il targeting LIPUS all’interno di gel solidi, ma non è stato altrettanto efficace nell’uccidere le cellule tumorali. Tuttavia, Mittelstein spera che la morte parziale delle cellule tumorali all’interno di un tumore solido possa stimolare il sistema immunitario a rispondere ed eliminare eventuali tumori residui.

“Il nostro prossimo passo sarà quello di studiare l’effetto della terapia combinata: utilizzare i benefici di questa tecnica a ultrasuoni sicura per aumentare l’efficacia della chemioterapia, dell’immunoterapia e di altri trattamenti antitumorali”, ha dichiarato Mittelstein.

Fonte: physicsworld.com & uthors.library.caltech.edu &

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