Alghe ingegnerizzate: un nuovo sistema generatore di ossigeno per un trattamento efficace del cancro ipossico

Indice

• 1. Introduzione
• 2. Le microalghe
  • 2.1 Molteplici utilizzi delle microalghe
• 3. Sintesi delle RBCM-Alghe
  • 3.1 Ingegnerizzazione di Chlorella vulgaris
  • 3.2 Caratterizzazione proteica di RBCM tramite SDS-page
  • 3.3 Misurazione della vitalità di RBCM-Alghe
• 4. Risultati ottenuti
  • 4.1 Le RBCM-Alghe hanno capacità di ossigenazione
  • 4.2 Valutazione delle RBCM-Alghe in colture cellulari
  • 4.3 Le RBCM-Alghe aumentano l’ossigeno nei tessuti tumorali
  • 4.4 Le RBCM-Alghe sensibilizzano il tumore alla radiazione
  • 4.5 Le RBCM-Alghe mediano sia la radioterapia che la terapia fotodinamica per potenziare l’effetto terapeutico
  • 4.6 Meccanismo molecolare alla base dell’abrogazione della radioresistenza dipendente dall’ipossia mediata da RBCM-Alghe
• 5. Conclusione
• 6. Bibliografia
• 7. Sitografia
• 8. Ringraziamenti

1. Introduzione

La rapida crescita dei tumori solidi porta inevitabilmente alla carenza di ossigeno all’interno di essi, condizione nota come ipossia. Questo accade a causa della crescita incontrollata della massa cellulare rispetto ai vasi sanguigni e ciò va a compromettere significativamente l'efficacia delle terapie come la radioterapia (RT) e la terapia fotodinamica (PDT), che sfruttano l'ossigeno per indurre la morte delle cellule tumorali.

La riossigenazione dei tessuti tumorali ipossici rappresenterebbe un approccio efficace per superare la resistenza che essi sviluppano nei confronti delle terapie convenzionali. Venne testato l’utilizzo dei nanocarrier, delle particelle molto piccole, con l’obiettivo di portare più ossigeno alle zone ipossiche per poter migliorare l’efficienza terapeutica. Tuttavia, la maggior parte della dose somministrata viene sequestrata dal sistema fagico mononucleato, portando ad un aumento della tossicità sistemica. (J. B. West, 2017)

In natura, le microalghe sono capaci di fare fotosintesi alla luce. Esse, a seguito di un processo di ingegnerizzazione utilizzando la membrana dei globuli rossi, possono essere indirizzate nelle regioni tumorali ipossiche per poter aumentare i livelli di ossigeno. Oggi queste alghe ingegnerizzate sono note come RBCM-Alghe.

Inoltre, la clorofilla rilasciata durante l’irradiazione laser produce specie reattive dell’ossigeno (ROS), aumentando la morte delle cellule cancerose e dunque potenziando ulteriormente l’effetto fotosensibilizzante. La creazione delle RBCM-Alghe potrebbe rivoluzionare l’utilizzo delle alghe in campo medico e aumentare l’efficacia delle terapie già presenti. (Singh et al., 2012)

2. Le microalghe

Le microalghe sono microrganismi unicellulari capaci di trasformare l’anidride carbonica, i nutrienti e l’acqua in proteine, carboidrati e grassi attraverso la fotosintesi alla luce; esistono più di cinquantamila specie differenti di microalghe, tra cui le più conosciute sono Chlorella e Spirulina (più esattamente un cianobatterio), entrambe rappresentano le più antiche forme di vita del pianeta, sono sicure da mangiare e sono associate a numerosi benefici per la salute.

Le microalghe sono molto abbondanti in natura e riescono a tollerare gran parte delle condizioni, possiamo trovarle sia in acqua dolce che salata, a tutte le latitudini e temperature.

2.1 Molteplici utilizzi delle microalghe

Grazie al fatto che sono specie molto numerose, hanno un prezzo economico e presentano una notevole uniformità strutturale, le microalghe sono state utilizzate per molti scopi, tra cui la produzione di biocarburanti, ottima alternativa sostenibile ai combustibili fossili, utilizzando la CO₂ come fonte di carbonio (Wijffels and Barbosa, 2010). Queste sono state introdotte nella dieta, attualmente solo dieci specie sono autorizzate al consumo alimentare in Europa ma quelle poche specie ritenute sicure da mangiare stanno diventando oggetto di ricerca di alternative più ecologiche alle fonti proteiche animali; sono un’ottima fonte di vitamine A, B, C e B12 e contengono iodio.

Oltre ad offrire fonti sostenibili di proteine e fibre, le microalghe sono anche un’ottima fonte di omega-3 e omega-6, acidi grassi essenziali il cui apporto, dunque, deve necessariamente provenire dalla dieta. Possono essere quindi una buona alternativa al pesce a causa dell’aumento dei prezzi di esso e alla crescente preoccupazione per la sua sostenibilità.

3. Sintesi delle RBCM-Alghe

In seguito, è riportato il metodo innovativo che ha permesso di superare la condizione di ipossia tumorale mediante la generazione in situ di ossigeno, utilizzando un sistema fotosintetico naturale basato sulla Chlorella vulgaris ingegnerizzata. Le microalghe, mediante il rivestimento dato dalla membrana dei globuli rossi, riescono facilmente a raggiungere il tumore dato che il rivestimento le protegge dalla distruzione da parte delle cellule immunitarie, permettendo loro di svolgere la propria funzione più a lungo. Inoltre, la C. vulgaris contiene un’alta concentrazione di clorofilla che assorbe la luce in un ampio spettro di lunghezze d’onda; dunque, a seguito di irradiazione laser (650nm) vengono prodotte specie reattive dell’ossigeno (ROS) che aumentano ulteriormente l’efficacia della terapia fotodinamica. Combinando tutto questo con le terapie convenzionali quali radioterapia (RT) e terapia fotodinamica (PTD), si può ottenere un effetto significativo sull’efficacia di questi trattamenti. (Pierobon et al., 2018)

3.1 Ingegnerizzazione di Chlorella vulgaris

Le RBCM-Alghe sono costituite da due elementi: le microalghe C. vulgaris e le membrane dei globuli rossi (RBCM). I globuli rossi sono raccolti per centrifugazione (3000 giri/min), viene rimosso il surnatante e lavato con PBS ghiacciato fino a che non risulta trasparente. Il precipitato viene disciolto in soluzione tris-HCl a freddo per estrarre la membrana. I campioni vengono purificati per centrifugazione (9000 giri/min) per eliminare eventuali aggregati nei surnatanti. (Mohandas and Gallagher, 2008)