Dopo una prima introduzione ai farmaci senza effetti collaterali grazie alle nanotecnologie parliamo oggi di un ulteriore sviluppo delle tecniche di "drug delivery" che avviene sfruttando i liposomi, e che permette l'implementazione di tecniche efficaci per la cura di patologie quali i tumori, mediante la "consegna" di farmaci sugli obbiettivi riducendo la citotossicità per le cellule sane.
Prima di tutto facciamo un breve riepilogo su che cosa si intende per liposomi. Tra i componenti della grande famiglia degli assemblati supramolecolari, troviamo i liposomi: probabilmente una delle strutture maggiormente biocompatibili e versatili della suddetta categoria.
Come la maggior parte dei termini scientifici, anche la parola liposoma ha origini etimologiche lontane; deriva infatti dal connubio delle parole greche "lypos" e"soma", che definiscono rispettivamente "grasso" e "corpo".
I riflettori sui liposomi, che poi non sono altro che vescicole fosfolipidiche, vennero posati per la prima volta nel 1965, quando Bangman e colleghi ne scoprirono l'esistenza quasi per sbaglio. Stavano infatti testando un nuovo microscopio elettronico quando si resero conto della presenza di queste piccole vescicole, e da quel momento i liposomi furono tra le strutture più studiate e maggiormente presenti in letteratura.
Il motivo per cui le applicazioni di queste vescicole risultano così ampie, dalla chimica analitica all'industria, al drug delivery e persino alla cosmetica, è da ricercarsi principalmente nella loro versatilità, caratteristica che permette di modularne dimensioni e tipo di molecola incapsulata.
Qual è il loro segreto? La struttura anfifilica. Un lipide di questo genere è infatti dotato di due parti fondamentali: da un lato abbiamo una testa polare, dall'altro una coda non polare, ed è proprio questo il caso dei fosfolipidi.
La formazione dei liposomi è subordinata all'autoassemblamento, un processo che ricorda quello che succede tra calamita e pezzettini di ferro nel momento in cui, ordinatamente e con precisione, si dispongono attorno all'oggetto da cui vengono attirate. Allo stesso modo, con autonomia e precisione, le molecole fosfolipidi che si organizzano in soluzione acquosa a formare la struttura lipidica.
Nell'immagine qui sotto si può vedere come i fosfolipidi (a) autoassemblino dapprima in foglietti a doppio strato (b), finendo col diventare liposomi (c), situazione in cui le code idrofobiche sono rivolte all'interno del doppio strato e le teste idrofiliche esposte invece alla soluzione acquosa. Oltre che dalle caratteristiche strutturali delle molecole lipidiche, le proprietà dei liposomi sono definite dalla loro dimensione e dalla composizione delle quattro regioni indicate in (c).
I liposomi possono incapsulare o legare molecole di diverso tipo, vengono infatti impiegati sia per il trasporto di sostanze antibatteriche e antivirali, ma anche farmaci contro il cancro, ormoni, enzimi e nucleotidi.
Liposomi nel drug delivery
L'impiego di liposomi come sistemi di drug delivery ha lo scopo di localizzare l'invio di sostanze attive nel sito di interesse, come può essere un tumore o un'infiammazione. Tra le numerose caratteristiche positive di queste strutture, degne di nota sono sicuramente le proprietà di biocompatibilità, biodegradabilità e la bassa tossicità. Sfortunatamente le medaglie hanno sempre due facce e sono presenti fattori critici non trascurabili, quali la debole stabilità, la bassa efficienza di incapsulamento e la breve emivita.
Proprio per cercare di ovviare ai problemi sopracitati, i liposomi vengono spesso addizionati di altri componenti, strategie che sono necessarie a conferir loro proprietà uniche e fondamentali.
Una di queste è proprio il tentativo di rendere i liposomi "invisibili" al sistema immunitario, prevenendo quindi che i suoi eserciti di difese ci si scatenino contro.
Una tappa fondamentale nello sviluppo dei liposomi é rappresentata infatti dai "liposomi stealth", invisibili al sistema reticoloendoteliale (RES) e quindi dotati di un tempo di circolazione maggiore. Ciò che rende possibile il raggiungimento di questo obiettivo è la copertura della superficie esterna del liposoma con catene di polietilenglicole (PEG) che schermano la struttura e la rendono irriconoscibile all'occhio vigile del sistema di riconoscimento dell'organismo.
Ci sono infine i liposomi "attivi", contenenti sostanze il cui rilascio può essere selettivo e controllato. Un meccanismo molto sfruttato, ad esempio, è quello di promuovere la modifica della struttura della membrana a doppio strato come conseguenza agli stimoli esterni, quali temperatura e pH.
Liposomi e doxorubicina
Negli ultimi anni sono molti gli esempi di farmaci incapsulati all'interno di queste promettenti strutture, ma il primo in particolare è degno di nota. La doxorubicina, potente farmaco antineoplastico, venne per la prima volta incapsulata all'interno di liposomi stealth per aumentarne principalmente l'emivita ed il tempo di circolazione. La doxorubicina è già in commercio da tempo, ed è il primo esempio che si studia proprio perché emblematico.
La copertura del farmaco con queste strutture fosfolipidiche ha permesso il rilascio selettivo di esso nello spazio interstiziale del tumore, riducendone la citotossicità per le cellule sane. Nello specifico, il problema della cardio-tossicità, frequente e grave a seguito dell'utilizzo di questo farmaco, viene bypassato in favore invece, di vantaggi terapeutici localizzati nelle aree bisognose.
Risulta quindi evidente che, seppur non miracolose, queste strutture fosfolipidi potrebbero aprire un varco nell'intricato roseto della scienza e della cura a malattie gravi, come quelle tumorali.
Fonti:
Liposomes: technologies and analytical applications. Jesorka A1, Orwar O.
Annu Rev Anal Chem (Palo Alto Calif).2008;1:801-32. doi:10.1146/annurev.anchem.1.031207.112747.
Laura Squarcia è laureata in Scienze e tecnologie dei bio e nanomateriali all'Università Ca' Foscari di Venezia. Attualmente è dottoranda in Nanotecnologie all'Università degli studi di Trieste. Siamo felici di annunciarvi che collabora con Tom's Hardware per la produzione di contenuti scientifici.
Si ringrazia per la collaborazione Giulia Glorani, laureata in Scienze e tecnologie dei bio e nanomateriali all'Università Ca' Foscari di Venezia e dottoranda in Biotecnologie all'Università degli studi di Verona.