Desarrollan nanopartículas que logran matar células cancerígenas

Universidad Nacional de Río Cuarto - Facultad de Agronomía y Veterinaria

26 de Agosto de 2019 | 13 ′ 30 ′′


Desarrollan nanopartículas que logran matar células cancerígenas


Se probaron con éxito en cultivos in vitro de glioblastoma multiforme, uno de los tumores cerebrales más comunes y letales que se conocen. Se trata de partículas multifuncionales, 10 mil veces más pequeñas que un cabello humano, que pueden viajar dentro de células de la sangre y transportar cualquier tipo de fármacos. Actúan con alta precisión y no provocan los efectos secundarios nocivos de las terapias actuales. Investigadores viajaron a España para realizar ensayos en ratones en un centro de alta tecnología.

El cáncer ataca sin mirar a quién. La ciencia está dando una incansable batalla y, ahora, un nuevo aliado promete convertir ilusiones en realidad. Investigadores de la Universidad Nacional de Río Cuarto desarrollaron nanopartículas fototerapéuticas y las probaron con éxito en cultivos in vitro de tumores cerebrales.
¿Qué son las nanopartículas? Reciben su nombre del nanómetro. Para entender su dimensión: dentro de cada centímetro de una regla hay diez rayitas más pequeñas que son los milímetros. Dentro de cada milímetro, hay un millón de nanómetros.
Las nanopartículas que diseñaron los investigadores están formadas por plásticos especiales, conocidos como polímeros conjugados, y pueden cumplir distintas funciones. Una de ellas es reconocer proteínas que las guiarán hasta el tumor y, una vez allí, activarse –a través de luz aplicada desde el exterior- para destruir las células enfermas.
El glioblastoma multiforme (GBM) es el tumor cerebral más común y letal. Hasta ahora, la cirugía de extirpación es el tratamiento principal con el que cuenta la medicina oncológica para intentar una cura, mientras que otros tratamientos conocidos sólo son útiles de manera complementaria.
Los estudios médicos revelan que éste es uno de los tipos de cáncer que menos responde a la quimioterapia.
Con la ayuda de la nanotecnología, esto podría cambiar. El cerebro humano posee una barrera protectora que se conoce como hematoencefálica. Detiene cualquier sustancia extraña que pueda llegar por el torrente sanguíneo. Es tan eficiente que hasta la quimioterapia encuentra en ella un escollo para atacar el tumor. Pero, la ciencia descubrió que los monocitos, un tipo de célula que elabora la médula ósea, pueden traspasar esos límites biológicos. Entonces, el desafío de los investigadores es introducir en los monocitos las nanopartículas terapéuticas para llegar al tumor cerebral y atacarlo.
El doctor Luis Ibarra, investigador del Conicet y docente del Departamento Biología Molecular de la Facultad de Ciencias Exactas, Físico-Químicas y Naturales de la UNRC, es quien lleva adelante este estudio, con la dirección de los doctores Rodrigo Palacios y Viviana Rivarola, y la participación del doctor Carlos Chesta, del Departamento de Química.

Se activan con la luz

Las nanopartículas multifuncionales que desarrolló el equipo de investigación tienen como finalidad el tratamiento de tumores en combinación con la terapia fotodinámica, una técnica sobre la cual la Universidad tiene una vasta experiencia, fundamentalmente a través de los estudios realizados por el grupo de trabajo que durante más de veinte años lideró Rivarola.
La principal ventaja de la terapia fotodinámica es su selectividad para dañar exclusivamente el tejido tumoral. Su aplicación requiere el empleo de drogas, en este caso, las nanopartículas diseñadas en los laboratorios de la UNRC, que se activan a través de luz visible. Esto quiere decir que al ser iluminadas las nanopartículas generan localmente especies reactivas del oxígeno que son tóxicas para las células tumorales.
“La combinación de luz, de drogas que absorban esa luz y de oxígeno produce reacciones químicas que dañan o matan el tumor”, precisó Ibarra.
En otros países del mundo, si bien se emplea este tipo de terapia fotodinámica, sólo es complementaria a la cirugía de extirpación del tumor cerebral para eliminar las células enfermas que no se hayan podido remover. También, se usan en aquellos casos en que los tumores son inoperables, pero ya no como una cura, sino como un paliativo para frenar su avance.
En su abnegada batalla contra el cáncer, la medicina ha probado de todo. Desde la cirugía, pasando por la quimioterapia y radioterapia, hasta los tratamientos alternativos; pero a pesar de todos los esfuerzos esta es una enfermedad que sigue siendo un problema colosal. Sin embargo, nuevas investigaciones, como las que se realizan en la Universidad Nacional de Río Cuarto, generan un nuevo panorama debido, fundamentalmente, a la selectividad (precisión) de su aplicación. Esto quiere decir que se provocarán reacciones tóxicas sólo en el lugar deseado: dentro del tumor; y con un rango de acción limitado que evitará gran parte de los efectos secundarios que padece la mayoría de los pacientes sometidos a las terapias actuales.
Los investigadores lograron desarrollar esas nanopartículas y probarlas con éxito en cultivos in vitro de células humanas de glioblastoma.
Se trata de drogas que se pueden sintetizar en el laboratorio. Son partículas de un tamaño muy inferior al de una célula, difícil de dimensionar, ya que equivalen a una millonésima parte de un milímetro (aproximadamente diez mil veces más pequeñas que un cabello humano).
Existen nanopartículas formadas sobre la base de distintos elementos tales como lípidos, carbono y metales. Las que desarrollaron los científicos locales son de polímeros conjugados (plásticos especiales) que pueden ser usadas en distintas aplicaciones tecnológicas y médicas.
Estas nanopartículas están formadas por autoensamblado de cadenas de polímeros, a los que se incorporan pequeñas cantidades de otras drogas para aumentar su eficacia terapéutica y otros componentes y lograr funciones de reconocimiento. La capacidad de incorporar fácilmente diversos componentes con funciones complementarias es una de sus grandes ventajas.
Ejemplificó Ibarra: “Nosotros usamos partículas que emiten fluorescencia, lo que nos permite rastrear su presencia con equipos especiales. Esto es particularmente útil para verificar si luego de incorporarse en el torrente sanguíneo llegan hasta el tumor”.
“Las drogas que incorporamos en las nanopartículas para aumentar su actividad son porfirinas que contienen iones metálicos, que generan muy eficientemente especies reactivas (tóxicas) de oxígeno al ser irradiadas con luz”, agregó.
La flexibilidad del proceso de síntesis de estas nanopartículas permite, además, incorporar en su superficie componentes que aumentan su estabilidad coloidal, es decir, que le posibilitan mantenerse bien dispersas, una vez inyectadas en el torrente sanguíneo, lo que permite que lleguen hasta el tumor. “Esto es importante para evitar que se precipiten o aglomeren provocando taponamientos de vasos sanguíneos u otro tipo de efecto perjudicial para la salud del paciente”, destacó Ibarra.
Aprovechando la multifuncionalidad del material, el trabajo de los investigadores prevé también que las nanopartículas puedan transportar, por ejemplo, un anticuerpo que sea capaz de reconocer algún receptor que solamente esté presente en el tumor. El objetivo es que, una vez inyectada, viaje por sí misma hacia el tumor y se introduzca selectivamente en su interior, donde esperará la estimulación que llegará -a través de la aplicación de luz- con la orden de iniciar el ataque contra las células cancerígenas.
Esta es una estrategia que se conoce como “direccionamiento activo”. Paralelamente, el Ibarra también trabaja con monocitos, o sea, células que se obtienen de la sangre pertenecientes al sistema inmunológico y que naturalmente se infiltran (se introducen) en este tipo de tumores.
El procedimiento consiste en “cargar” esas células con las nanopartículas fuera del organismo y después volver a inyectarlas en el cuerpo. Una vez dentro, las “células cargadas” se comunican con determinadas proteínas que libera el tumor y que le servirán de guía para llegar hasta él. Es sacarle provecho a un proceso que se da naturalmente en el cuerpo humano con cualquier tipo de cáncer, pero de manera especial en el de cerebro, puesto que permite traspasar la mencionada barrera hematoencefálica.
A medida que el tumor va creciendo, estimula las células del sistema inmunológico y las recluta. Lo que hace Ibarra es valerse de ese proceso para usarlo como un sofisticado “delivery” de nanopartículas y de esta forma conducirlas hasta el tumor. Una vez arraigadas en el lugar deseado, se activarán con luz visible desde el exterior del organismo.

Ensayos en España

Recientemente, el doctor Luis Ibarra (33), graduado de Medicina Veterinaria de la UNRC, regresó de España, donde obtuvo una beca que le permitió realizar los ensayos de esta última técnica en tumores humanos implantados en ratones. Fue en el Instituto de Investigaciones Biomédicas de Madrid y contó con la colaboración de la doctora Pilar López Larrubia.
Tomaron cultivos de células humanas enfermas, las implantaron en estos animales de laboratorio y desarrollaron un modelo de estudio para probar la estrategia de delivery celular contra uno de los tipos de cáncer de cerebro más agresivos.
Las conclusiones preliminares de ese trabajo de colaboración con los profesionales españoles permitieron determinar que los monocitos cargados con las nanopartículas lograron llegar hasta el cerebro de los animales, aunque aún resta corroborar si pudieron infiltrarse en el tumor.
“Lo que sabemos es que las nanopartículas, después de ser inyectadas, viajaron hasta el cerebro de los ratones y que, luego de 24 a 48 horas, todavía permanecieron allí. Lo que viene ahora es confirmar si lograron penetrar el tumor”, comentó Ibarra.
“En esta primera etapa de experimentación se evaluó la biodistribución de las nanopartículas, es decir, la estrategia de direccionamiento con el uso de células para verificar si es posible que lleguen hasta el sistema nervioso central, pero además que no se produzca ningún tipo de daño adverso en otros tejidos del organismo”, sostuvo.
La etapa siguiente, según anticipó el especialista, consistirá en abrir un pequeño orificio en el cráneo del animal enfermo y aplicarle luz con una fibra óptica para activar las nanopartículas transportadas por las células del sistema inmune. La cirugía, en este caso, es necesaria ya que la luz no puede penetrar el cráneo.

Un sofisticado Caballo de Troya

Esta investigación podría representar un avance significativo en la lucha contra el cáncer de cerebro.
Este órgano tan complejo y excluyente de la vida humana protege su integridad con una barrera, conocida en la medicina como hematoencefálica. Prácticamente, es impenetrable para sustancias extrañas o drogas de cualquier tipo.
Los vasos sanguíneos que llegan hasta el cerebro están formados por células endoteliales estrechamente unidas, que dificultan que las drogas que se apliquen lleguen hasta ese órgano. Esto es lo que hace que cualquier tratamiento contra los tumores cerebrales no resulte lo suficientemente efectivo como primera o única alternativa, por lo que no deja más remedio que recurrir a la cirugía de extirpación.
Aquí es donde la nanotecnología y las estrategias que desarrollan los investigadores juegan una de sus cartas más fuertes.
Se trata de los monocitos, que sí son capaces de traspasar la barrera hematoencefálica, más aún cuando hay un proceso inflamatorio generado por el tumor.
Los monocitos son un tipo de células que se elabora en la médula ósea y viaja por la sangre hasta los tejidos del cuerpo. Una vez allí, se convierte en macrófagos del tejido (un tipo de glóbulo blanco que interviene en la defensa del organismo) y tienen como principal función, rodear los microorganismos patógenos y destruirlos. Estos macrófagos ingieren el material extraño, eliminan las células muertas y estimulan las respuestas inmunitarias. En tumores como el glioblastoma representan la mayor población de células que naturalmente ingresan al interior del tumor.
Este es un evento que sucede naturalmente en el organismo y los investigadores quieren aprovecharlo para llevar hasta el tumor un compuesto terapéutico, como serían las nanopartículas necesarias para destruirlo. Como un sofisticado Caballo de Troya, podrían portar medicamentos y eludir las barreras biológicas del cerebro.
En los últimos años, la nanotecnología impulsó el desarrollo de numerosas aplicaciones médicas, pero ninguna tan prometedora como la del uso de nanopartículas dirigidas para mejorar los tratamientos contra el cáncer, que actualmente tienen graves efectos secundarios principalmente por ser inespecíficos.
Ofrecen un vasto abanico de posibilidades. Por un lado, se pueden controlar propiedades como el tamaño y tiempo de permanencia en los tejidos según las necesidades del tratamiento; por otro, portar medicamentos de cualquier tipo y llevar proteínas o moléculas que le posibiliten unirse a membranas celulares.
Por eso, concluir con éxito el desarrollo de estas técnicas, definitivamente, inclinaría la balanza en favor de la ciencia en la lucha contra el tumor cerebral y otros tipos de cáncer. Con la nanotecnología y el empleo de monocitos, se podrían inyectar las drogas que ataquen las células enfermas del sistema nervioso central logrando atravesar la barrera hematoencefálica. Dicho de otro modo, hará que las terapias sean más efectivas y menos tóxicas.
Por ahora, no será una cura, pero sí una nueva estrategia que se suma a las otras. Una luz de esperanza.

Alberto Ferreyra
prensa@rec.unrc.edu.ar
Fredy Dutra
Departamento de Prensa y Difusión


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