Nanoparticelle bioingegnerizzate e targettate contro il mesotelioma pleurico maligno: un trattamento promettente per un tumore aggressivo.

Malignant mesothelioma is an aggressive tumor that originates from the mesothelial cells of pleura, peritoneum, pericardium and tunica vaginalis; among these, malignant pleural mesothelioma (MPM) represents more than 80% of this disease. The majority of MPM cases are associated with asbestos exposure with a poor prognosis, characterized by a 12-month survival from the onset of the disease. To date, the therapeutic strategy adopted for MPM in advanced stages is based on chemotherapy with the association of cisplatin and pemetrexed (Pe), causing systemic toxicity and scarcely effective in treating pleural neoplasia. Whereas MPM is a drug resistant cancer without effective therapeutic options currently available, it is necessary to find an innovative approach for the local administration of the drug in the pleural space. This study aims to in vitro investigate drug-loaded nanovectors against MPM cells, with the purpose of take advantages of: reducing systemic toxicity through local (intrapleural) administration; conveying high drug concentrations within the target cells, with an increase of pharmacological and pharmacodynamic activity; targeting nanovehicles against cellular markers expressed in the surface of MPM cells. In collaboration with NanoBioLab in Milan Bicocca University directed by Prof. Davide Prosperi and on the basis of recent studies (Cova et al, 2015; Cova et al, 2017), we tested gold nanoparticles (GNPs) functionalized with a monoclonal antibody direct against CD146 (GNP-HC), which is specifically expressed by MPM cells; afterwards, GNP-HC were loaded with Pe (GNP-HCPe). In vitro experiments were assessed on human MPM cell lines, MSTO-211H and NCI-H2452. CD146 expression in cell lines was confirmed by flow cytometry. Therefore, GNP-HC uptake was evaluated by confocal microscopy. GNP-HCPe treatment was also tested with several assays: cell cycle analysis, apoptotic assay, colony-forming capacity, ROS detection and wound healing assay. The assays showed that GNP-HC were internalized by MPM cell lines within 1h. Treatment with GNP-HCPe affected cell viability of MSTO-211H and NCI-H2452 and we also observed an increase of apoptotic rate compared to Pe alone. Incubation with GNP-HCPe produced an accumulation of the cells in S phase of the cell cycle and inhibited cell growth after 15 days of treatment. Finally, NPs influenced cell motility of MSTO-211H and NCI-H2452 and increased ROS production. In conclusion, our study provides evidence that drug-loaded nanovehicles represent a promising approach for a targeted treatment, encouraging the decrease of toxic effects through local intrapleural administration.

Il mesotelioma maligno è un tumore aggressivo che origina dalle cellule mesoteliali di pleura, peritoneo, pericardio e tunica vaginale; tra questi, il più diffuso è il mesotelioma pleurico maligno (MPM), costituendo più dell’80% di questa neoplasia. L’insorgenza del MPM è associata all’esposizione all’asbesto e la prognosi è infausta, con una sopravvivenza di circa 12 mesi dalla comparsa della patologia. Ad oggi, la strategia terapeutica adottata per gli stadi avanzati di MPM si basa sulla chemioterapia associata al cisplatino ed al pemetrexed (Pe), trattamento che, però, causa tossicità sistemica e risulta scarsamente efficace nel trattare la neoplasia pleurica. A causa della resistenza del MPM alle opzioni terapeutiche attualmente disponibili, risulta necessario trovare un approccio innovativo per la somministrazione locale del farmaco nello spazio pleurico. Questo studio ha lo scopo di testare in vitro l’utilizzo di nanofarmaci contro le cellule neoplastiche, al fine di svariati vantaggi: ridurre la tossicità sistemica grazie ad una somministrazione locale (intrapleurica); veicolare elevate concentrazioni di farmaco all’interno delle cellule bersaglio, incrementando l’attività farmacologica e farmacodinamica; targettare il nanoveicolo specificamente contro i bersagli cellulari utilizzando specifici markers di membrana. In collaborazione con il NanoBioLab dell’Università Bicocca di Milano diretto dal Prof. Davide Prosperi, basandoci su studi recenti (Cova et al, 2015; Cova et al, 2017), abbiamo deciso di utilizzare nanoparticelle (NPs) con core d’oro (GNPs) funzionalizzate con un anticorpo specifico per l’antigene CD146 (GNP-HC), selettivamente espresso dalle cellule del MPM. Abbiamo, quindi, scelto il pemetrexed (Pe) come farmaco da caricare nelle GNPs (GNP-HCPe). Gli esperimenti in vitro sono stati condotti su due linee cellulari di MPM umano, MSTO-211H e NCI-H2452. Inizialmente è stata valutata l’espressione del marcatore di superficie CD146 nelle due linee attraverso la citometria a flusso. Successivamente, tramite il microscopio confocale, è stata studiata l’internalizzazione delle GNP-HC comparandola con quella delle NPs non funzionalizzate con moAb anti-CD146. Il trattamento con GNP-HCPe è stato, inoltre, esaminato con diversi saggi: ciclo cellulare, apoptosi, capacità clonogenica, produzione di ROS e motilità cellulare. Dagli studi condotti abbiamo determinato che le linee cellulari testate internalizzano le GNP-HC entro 1h. Dopo 24h dal trattamento con GNP-HCPe, si evince una ridotta vitalità cellulare di MSTO-211H e NCI-H2452 ed un aumento significativo del tasso di cellule apoptotiche rispetto al Pe. L’incubazione con GNP-HCPe produce un accumulo in fase S del ciclo cellulare di entrambe le linee cellulari e inibisce completamente la crescita cellulare dopo 15 giorni dal trattamento. Infine, le NPs influenzano la motilità cellulare di MSTO-211H e NCI-H2452 ed aumentano la loro produzione di ROS. Sulla base dei risultati ottenuti, il nostro lavoro dimostra evidenze che i nanoveicoli caricati con il farmaco rappresentino un approccio particolarmente promettente per un trattamento mirato dal punto di vista biologico, con la possibilità di diminuire l’effetto tossico attraverso una somministrazione intrapleurica locale.