Le nanoparticelle potrebbero accelerare la ricerca di nuove medicine
I ricercatori del KIT sviluppano una piattaforma miniaturizzata che combina la sintesi, il test e l'analisi dei farmaci su un unico chip, risparmiando anni di lavoro e milioni di costi
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Finora, la fase iniziale della scoperta di farmaci per lo sviluppo di nuove terapie ha richiesto costi e tempi elevati. I ricercatori del KIT (Karlsruhe Institute of Technology) hanno ora sviluppato una piattaforma su cui possono essere disposte nanodropelline estremamente miniaturizzate con un volume di soli 200 nanolitri per goccia - paragonabile a un granello di sabbia - e contenenti solo 300 cellule per test. Questa piattaforma consente ai ricercatori di sintetizzare, caratterizzare e testare migliaia di agenti terapeutici sullo stesso chip, risparmiando tempo e risorse.
Attualmente la scoperta di nuovi agenti terapeutici si basa su screening ad alto rendimento che comprendono fasi separate e ad alta intensità di risorse per la sintesi, i test biologici e la caratterizzazione di nuove sostanze attive. Questo metodo è generalmente praticabile solo dalle grandi aziende farmaceutiche, richiede diversi anni di sviluppo, costi di centinaia di milioni di euro e una grande quantità di materie prime.
"In particolare, gli istituti di ricerca accademici e industriali più piccoli non sono in grado di mobilitare queste risorse", afferma il professor Pavel Levkin dell'Istituto dei sistemi biologici e chimici (IBCS) del KIT. "La nostra tecnologia rimuove questa barriera e potrebbe aprire la porta a molti altri soggetti per contribuire alla scoperta di farmaci".
Gocce 1.000 volte più piccole in ambito sperimentale
Per accelerare la scoperta di farmaci per la terapia del cancro, i ricercatori del Dipartimento di Materiali Biofunzionali diretto da Levkin hanno ora sviluppato una piattaforma integrata di array di nanodroplet. "Combina i processi precedentemente separati per lo sviluppo di nuovi farmaci antitumorali su un unico chip, utilizzando un unico flusso di lavoro miniaturizzato", spiega Levkin.
Gli scienziati sono riusciti a ridurre gli esperimenti di un fattore 1000, cioè dal microlitro al nanolitro. "Grazie al nostro approccio direct-to-biology, in cui i test biologici diretti delle molecole sintetizzate sono condotti senza preparazione preliminare, siamo in grado di ridurre drasticamente il tempo e le risorse investite nella sintesi e nello screening, utilizzando solo 200 nanolitri per goccia e 300 cellule per ogni test - un volume paragonabile a un granello di sabbia", afferma Levkin.
I ricercatori hanno sintetizzato e testato diversi potenziali inibitori di MEK (inibitori della proteina chinasi attivata dal mitogeno), agenti che bloccano l'enzima MEK, coinvolto nello sviluppo di diversi tipi di cancro, come quello della pelle e del colon. Un noto inibitore di MEK, il mirdametinib, è già utilizzato per il trattamento di tumori rari non operabili. Sulla base della sua struttura molecolare, il gruppo di ricerca ha prodotto una libreria di potenziali nuovi inibitori di MEK. "Utilizzando il nuovo metodo delle nanoparticelle, abbiamo prodotto 325 potenziali inibitori di MEK in soli sette giorni e abbiamo scoperto che 46 di essi funzionavano bene come il mirdametinib nei test di laboratorio", spiega Levkin.
Test basati sulle cellule in formato miniaturizzato
I ricercatori hanno esaminato l'attività delle nuove molecole prodotte utilizzando cellule vive. "In questo processo, abbiamo studiato la vitalità della linea cellulare del cancro del colon HT-29, che è vulnerabile agli inibitori MEK", spiega Liana Bauer, ricercatrice di dottorato presso l'IBCS-FMS e autrice principale dello studio pubblicato.
Per la caratterizzazione delle molecole, il team ha utilizzato il metodo MALDI-MSI (matrix-assisted laser desorption/ionization- mass spectrometry imaging). Questa tecnologia permette ai ricercatori di analizzare la composizione chimica dei campioni e di visualizzarne la distribuzione spaziale. L'analisi è stata condotta in collaborazione con un gruppo di ricerca guidato dal professor Carsten Hopf del Centro per la spettrometria di massa e la spettroscopia ottica (CeMOS) della TH Mannheim (Università tecnica di scienze applicate).
Con il nuovo array è stato possibile analizzare tutti i 325 prodotti in triplo, per un totale di 975 campioni singoli, direttamente sul chip. "Siamo riusciti a dimostrare che questo metodo funziona anche su scala estremamente ridotta con le nanoparticelle", spiega Bauer.
Combinando la sintesi, il test e l'analisi delle molecole su un'unica piattaforma, il nuovo approccio potrebbe rendere la scoperta di farmaci ad alto rendimento più accessibile ai laboratori accademici e alle piccole aziende biotecnologiche. "Si tratta di un grande passo avanti verso una scoperta più rapida, più economica e più efficiente di nuovi farmaci urgentemente necessari", afferma Levkin.
Nota: questo articolo è stato tradotto utilizzando un sistema informatico senza intervento umano. LUMITOS offre queste traduzioni automatiche per presentare una gamma più ampia di notizie attuali. Poiché questo articolo è stato tradotto con traduzione automatica, è possibile che contenga errori di vocabolario, sintassi o grammatica. L'articolo originale in Inglese può essere trovato qui.
Pubblicazione originale
Maximilian Seifermann, Julius Höpfner, Liana Bauer, Divya Varadharajan, Stefan Schmidt, Björn Fröhlich, Benjamin Wellenhofer, Charlotte Luchena, Carsten Hopf, Anna A. Popova, Pavel A. Levkin; "Nanodroplet Array Platform for Integrated Synthesis and Screening of MEK Inhibitors: a Miniaturized Approach to Early Drug Discovery"; Angewandte Chemie International Edition, 2025-8-18
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