Studio dei sistemi antiossidanti, in cellule tumorali, nel corso della terapia fotodinamica mirata

La terapia fotodinamica (PDT) rappresenta una modalità di trattamento, minimamente invasiva, di una vasta gamma di tumori solidi ed anche di alcune patologie non oncologiche. Essa si basa sulla somministrazione sistemica o locale di un agente fotosensibilizzante (PS) seguita dall'irradiazione della regione patologica con luce visibile. Il meccanismo d'azione è rappresentato da una reazione fotochimica che produce ossigeno singoletto e specie reattive dell'ossigeno (ROS) come anione superossido, perossido d'idrogeno e radicale idrossilico. L'agente PS per agire deve entrare all'interno delle membrane cellulari ed in seguito all'attivazione da parte della luce genera ROS che sono i mediatori del danno cellulare. Sebbene l'ossigeno singoletto svolga un ruolo citotossico determinante nel corso della PDT anche l'anione superossido sembra essere coinvolto attivamente in tale processo. Nel corso di PDT, con diversi tipi di PS, si osserva un incremento di anione superossido nelle cellule cancerose. I livelli di superossido cellulari sono tenuti sotto controllo grazie all'azione dell'enzima superossido dismutasi sia citosolico Cu/Zn-SOD (SOD1) che mitocondriale Mn-SOD (SOD2), entrambi preposti alla dismutazione dell'anione superossido in acqua ossigenata e ossigeno molecolare. La SOD2 rappresenta una delle prime linee di difesa che la cellula mette in atto nel corso di stress ossidativo. Numerose evidenze sperimentali indicano che SOD2 contrasta gli effetti anti-tumorali innescati nel corso della PDT. Cloni resistenti alla PDT presentano spesso livelli elevati dell'enzima SOD2. Tra i meccanismi che la cellula attiva per contrastare gli effetti tossici della PDT un ruolo chave è svolto dai sistemi antiossidanti e tra questi SOD2 sembra essere un enzima importante nella regolazione della sensibilità delle cellule neoplastiche a varie modalità di trattamento. Lo studio dei meccanismi molecolari innescati nel corso della PDT e lo sviluppo di nuove strategie terapeutiche può contribuire ad ottimizzare l'efficacia di tale terapia al fine di una sua più versatile applicazione. La PDT, specialmente nel campo oncologico, presenta diversi limiti. Tale metodica è molto efficiente nel trattamento dei tumori cutanei (non melanomi) e in misura minore di quelli più profondi, in quanto il farmaco per essere attivato deve essere irradiato da un'intensità di luce sufficiente. Un altro limite della PDT è rappresentato dalla bassa specificità del PS nei riguardi del tessuto tumorale, comportando sia una minore selettività ma soprattutto un ridotto accumulo del farmaco nelle cellule bersaglio. E' di fondamentale importanza, quindi, massimizzare l'interazione selettiva ed efficiente tra cellule tumorali e farmaco. Le nanotecnologie stanno cercando di dare una risposta a tali problemi attraverso l'individuazione sia di sistemi di rilascio di farmaci su nano-scala sia di nanovettori capaci di massimizzare l'efficacia e la selettività del farmaco. I dispositivi in silicio sono oggi oggetto di attenzione in ricerche che hanno lo scopo di sviluppare dispositivi medici avanzati per il rilascio controllato di farmaci antitumorali su bersagli specifici. La fabbricazione di nuovi sistemi nanotecnologici, basati sull'utilizzo del silicio poroso, può contribuire notevolmente ad allargare e ad ottimizzare l'efficienza della PDT. In questo programma di ricerca saranno comparati gli effetti di diversi agenti PS (fotofrin, acido 5-amminolevulinico, foscan e ipericina) utilizzati su una linea di neuroblastoma umano (SHSY-5Y) e su una di carcinoma epidermoide umano (H1355). I farmaci PS saranno usati nella loro formulazione standard (chimicamente non modificati), derivattizzati (forniti dall'unità operativa del DPCM) con opportune molecole segnale (ad esempio folati o fattore di crescita epidermico (EGF)) i cui recettori sono molto espressi su cellule tumorali, oppure saranno utilizzati dei nanosistemi costituiti da polveri nanometriche o micrometriche derivate dal silicio poroso (forniti dall'unità operativa del CNR) funzionalizzate superficialmente o internamente con molecole PS. Tali nanosistemi di silicio saranno anche funzionalizzati con le molecole segnale. La derivatizzazione del PS e/o l'utilizzo delle nanoparticelle come vettori del PS contribuità ad aumentare la selettività e l'accumulo del farmaco sulle cellule bersaglio. Nel corso di PDT, indotta utilizzando gli agenti PS nelle diverse formumazioni, saranno valutati una serie di parametri quali, produzione intracellulare di ROS, livelli di espressione e di attività della SOD2, grado di proliferazione e/o morte cellulare (apoptosi o necrosi). Nel complesso queste informazioni contribuiranno a far luce su alcuni meccanismi molecolari coinvolti nella resistenza al trattamento fotodinamico, in particolare sul ruolo antitumorale della SOD2 nel corso della PDT ed inoltre saranno utili all'identificazione di formulazioni farmacologiche volte ad ottimizzare e ad amplificare gli effetti della PDT.