Exosomal Doxorubicin and the Treatment of Breast and Ovarian Cancers

Introduzione L'applicazione delle nanotecnologie in medicina è chiamata nanomedicina. Questo settore è motivo di interesse da parte di molti ricercatori dovuto agli importanti avanzamenti avvenuti negli ultimi decenni, in particolare nel trattamento del cancro. In oncologia la nanomedicina è stata applicata in diversi settori quali la costruzione di nuovi sistemi di veicolazione del farmaco e nano dispositivi per la diagnosi. L'applicazione delle nanotecnologie alle scienze farmaceutiche ha permesso di costruire sistemi basati su almeno due vettori (farmaco/nanomateriali). Le nuove formulazioni spesso mostrano un miglioramento del profilo di farmacocinetica (PK), la biodisponibilità e biodistribuzione dimostrando una migliorata permeabilità e ritenzione passiva nel tumore (EPR effect) diminuendo gli effetti collaterali del farmaco libero. Tra i nanovettori naturali, gli esosomi (exo) sono stati descritti nel 1981 come nanovescicole extracellulari con una gamma di dimensioni da 50-200 nm. Gli esosomi sono prodotti dall invaginazione dalla conseguente gemmazione della membrana cellulare consentendo il caricamento di acidi nucleici e di componenti citoplasmatiche rappresentando formidabile mezzo naturale per la comunicazione a lunga distanza. Il nome "fedexosome" denota l'idea generale che exosomes potevano consegnare contenuti che adeguatamente ingegnerizzato potrebbe essere di aiuto per la terapia di pazienti. Scopo • Sviluppare esosomi caricati con doxorubicina (DOX) • Verificare l'effetto citotossico dell'exoDOX exosomal doxorubincin in vitro rispetto al farmaco libero (DOX), utilizzando modelli cellulari. • Testare l'attività antitumorale e la tossicità dell'exoDOX rispetto alla DOX libera in modelli sperimentali in vivo. • Valutare la biodistribuzione nei tessuti e la farmacocinetica (PK) dell'exoDOX rispetto al DOX in modelli sperimentali in vivo. • Definire la dose massima tollerata (MTD) dell' exoDOX e DOX in modelli sperimentali in vivo. Materiali e metodi Gli esosomi purificati da linee cellulari sono stati caricati con DOX e caratterizzati tramite nanoparticle tracking analysis (NTA), microscopia a scansione/ trasmissione elettronica (SEM/TEM) e western blot. Gli effetti anti-tumorali dell'exoDOX sono stati valutati in vitro in linee cellulari di tumore alla mammella (MDA-MB-231), colon (HCT-116, LoVo e DLD1) e ovaio (STOSE) e in vivo utilizzando topi nudi e FVB/N come modelli di tumore della mammella e dell'ovaio. L'effetto antitumorale è stato valutato misurando il volume del tumore. Gli effetti tossici sono stati determinati monitorando il peso corporeo e attraverso analisi istopatologiche degli organi dei topi. La biodistribuzione e la PK dell'exoDOX e DOX sono state definite mediante spettrometria di massa (LC-MS). Risultati • Studi in vitro hanno dimostrato un aumento dell'effetto citotossico (vitalità cellulare) dell'exoDOX rispetto alla DOX in tutte le linee cellulari esaminate. • Risultati simili sono stati ottenuti nei modelli in vivo e indicano differenze significative nel volume del tumore dopo aver trattato i topi con le stesse concentrazioni dell'exoDOX e DOX. • Le analisi della tossicità in vivo hanno mostrato una riduzione significativa degli effetti collaterali cardio-tossici dell'exoDOX rispetto alla DOX libera. Dalle analisi di spettrometria di massa è emerso un minore accumulo dell'exoDOX a livello del cuore di circa il 40% rispetto alla DOX libera a parità di concentrazione di farmaco attivo. • La minore tossicità cardiaca della exoDOX è dovuta ad un ridotto passaggio della DOX attraverso le cellule endoteliali del miocardio. Pertanto, come dimostrato in tumori alla mammella e all'ovaio, l'efficacia terapeutica della DOX può essere ottimizzata trattando i topi con una maggiore concentrazione dell' exoDOX. Conclusioni A differenza di quanto riportato in letteratura circa l'efficacia della doxorubicina incapsulata negli esosomi, dal nostro studio, pubblicato nel 2015 nella rivista Nanomedicine, emerge che: - la tossicità della DOX veicolata dagli esosomi è minore rispetto al farmaco libero; -la biodistribuzione della DOX veicolata dagli esosomi è diversa da quella del farmaco libero. In conclusione, lo studio effettuato dimostra che l'exoDOX è più biocompatibile ed efficace della DOX libera in modelli di tumore alla mammella. Inoltre, come da noi pubblicato di recente sulla rivista Nanomedicine, tale risultato è stato confermato con studi su un modello singenico di carcinoma ovarico sieroso, aprendo così la strada ad un nuovo approccio terapeutico per il cancro all'ovaio.