La chimica del "click-to-release" rende le pompe ioniche adatte a farmaci di grandi dimensioni
Farmaci al posto giusto, al momento giusto: terapia oncologica localizzata piuttosto che sistemica
Annunci
Come può un farmaco essere rilasciato o attivato esattamente dove e quando è necessario nell'organismo? Per molti trattamenti, in particolare nella terapia del cancro, il composto attivo dovrebbe idealmente agire solo in un sito specifico. In pratica, però, i farmaci vengono distribuiti in tutto il corpo: la malattia è locale, ma la terapia è sistemica, con scarso controllo spaziale o temporale.
Da sinistra: Hannes Mikula, Johannes Bintinger, Nikolaus Poremba, Andreas Löffler, Patrick Keppel, Sebastian Hecko, Marle E. J. Vleugels
© TU Wien / Barbara Sohr
I ricercatori della TU Wien hanno ora compiuto un importante passo avanti tecnologico combinando le pompe ioniche elettroniche con la cosiddetta chimica a rilascio immediato. Le pompe ioniche possono rilasciare piccole molecole cariche su richiesta e con alta precisione, ma finora erano limitate a composti relativamente piccoli. Il nuovo approccio supera questa limitazione: invece di trasportare il farmaco stesso, vengono consegnate piccole "forbici chimiche" che rilasciano i farmaci precedentemente immobilizzati direttamente nel sito bersaglio. Ciò consente, per la prima volta, il preciso controllo elettronico del rilascio di farmaci per una gamma molto più ampia di terapie. Sono già stati depositati diversi brevetti e la tecnologia "iontronic click-to-release" è stata pubblicata sulla rivista Nature Communications.
Pompe ioniche: per rilasciare molecole basta premere un pulsante
"Quando un farmaco viene assunto per via orale o iniettiva, si diffonde in tutto il corpo. Solo una minima parte, circa un milionesimo, raggiunge il sito in cui è effettivamente necessario, ad esempio le cellule tumorali", spiega Johannes Bintinger dell'Istituto di chimica sintetica applicata della TU Wien, che ha guidato il progetto.
Le pompe ioniche, originariamente sviluppate presso l'Università di Linköping in Svezia, offrono una soluzione. Si tratta di piccoli dispositivi elettronici destinati a essere impiantati direttamente nel corpo. All'interno del dispositivo, una membrana selettiva per gli ioni e un potenziale elettrico applicato consentono di trasportare e rilasciare molecole cariche in modo controllato e con risoluzione temporale, direttamente nel sito dell'impianto. In questo modo, il rilascio di sostanze può essere controllato con precisione premendo un pulsante.
"Tuttavia, c'è una limitazione fondamentale", spiega Sebastian Hecko (TU Wien), primo autore dello studio. "Le pompe ioniche non sono adatte a tutte le molecole. Possono veicolare solo composti elettricamente carichi al di sotto di una certa dimensione".
Questo esclude molti farmaci importanti, in particolare le biomolecole di grandi dimensioni come le proteine, che sono troppo ingombranti per passare attraverso la membrana. "È qui che entra in gioco la seconda parte della nostra ricerca", spiega Johannes Bintinger: "la chimica del "click-to-release"".
Click-to-release: attivazione precisa nel sito di destinazione
La chimica a rilascio immediato è un concetto della chimica bioortogonale. Si riferisce a reazioni altamente selettive tra partner molecolari specificamente progettati che procedono senza interferire con altre molecole dell'organismo.
In questo approccio, le molecole di farmaco sono legate a un deposito locale tramite legami chimici scindibili e rimangono immobilizzate. "Solo un'opportuna molecola di innesco può rompere questo legame e rilasciare il farmaco nel punto desiderato. Questo è esattamente il principio che combiniamo con la pompa ionica: invece di trasportare il farmaco stesso, forniamo una piccola molecola di innesco che rompe selettivamente i coniugati di farmaci immobilizzati localmente. Questo permette di controllare con precisione sia i tempi che la dose di rilascio del farmaco", spiega Hannes Mikula (TU Wien).
"Siamo stati in grado di dimostrare che le pompe ioniche possono essere utilizzate per controllare elettronicamente il rilascio di queste molecole trigger con elevata precisione", afferma Sebastian Hecko. "Questo ci permette di determinare esattamente quando e quanto farmaco viene rilasciato nel sito target. In questo modo, abbiamo integrato funzionalmente due tecnologie complementari, unendo i rispettivi punti di forza".
Terapia locale mirata anziché esposizione sistemica
Poiché i farmaci vengono attivati esattamente dove sono necessari, possono essere sufficienti dosi significativamente più basse, riducendo notevolmente gli effetti collaterali. Questo è particolarmente importante per i pazienti con malattie localizzate, che spesso ricevono ancora terapie sistemiche come la chemioterapia.
"Una singola goccia può contenere una quantità di farmaco molto superiore a quella necessaria per diverse settimane di trattamento del cancro", spiega Johannes Bintinger. "Allo stesso tempo, la pompa ionica controllata elettronicamente permette di regolare con precisione il rilascio del farmaco. Alcuni farmaci sono più efficaci se somministrati in un momento specifico della giornata. Con una pompa ionica, questo è semplice, mentre con i metodi convenzionali, come le pillole o le infusioni, è praticamente impossibile".
Lo studio, condotto da ricercatori della TU Wien, dell'Università di Linköping e dell'Università di Medicina di Graz, dimostra attraverso esperimenti su cellule viventi che il nuovo metodo è altamente preciso e affidabile. Sono ora in programma ulteriori studi per far progredire la tecnologia verso l'applicazione clinica. "Ci sono molte potenziali applicazioni mediche", afferma Johannes Bintinger. "Il nostro obiettivo è tradurre questa tecnologia in soluzioni terapeutiche concrete".
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
Hecko, S., Vleugels, M. E., Bayer, C., Byun, D., Hörberg, M. E., Poremba, N., ... & Bintinger, J. (2026). Iontronic click-to-release enables electrically controlled delivery of drugs and biomolecules beyond charge and size limitations. Nature Communications.
Altre notizie dal dipartimento scienza
