Una nanopartícula capaz de atravesar la barrera hematoencefálica podría combatir el cáncer
La nanopartícula, capaz de adentrarse en el cerebro, algún día podría atacar las metástasis cerebrales y los tumores primarios de cáncer de mama en un solo tratamiento.
Por la University of Miami Miller School of Medicine
Imagen conceptual de nanopartículas atacando células cancerosas en el cerebro. Creada con Copilot
Investigadores del Sylvester Comprehensive Cancer Center, de la University of Miami Miller School of Medicine, en Miami (Estados Unidos), han desarrollado una nanopartícula capaz de atravesar la barrera hematoencefálica.
La barrera hematoencefálica (BHE) es una estructura altamente selectiva formada por células endoteliales que recubren los vasos sanguíneos del cerebro y que impiden el paso libre de muchas sustancias desde la sangre hacia el órgano pensante. Su principal función es proteger el cerebro de sustancias potencialmente nocivas y microbios presentes en la circulación sanguínea y mantener un ambiente estable para el tejido cerebral.
El objetivo de las nuevas nanopartículas capaces de infiltrarse en el encéfalo no es otro que matar los tumores primarios de cáncer de mama y las metástasis cerebrales en un solo tratamiento, algo posible según los estudios de laboratorio.
Las metástasis cerebrales se asocian con un mal pronóstico.
Las metástasis cerebrales, como se denominan a estos tumores secundarios, surgen con mayor frecuencia de tumores sólidos, como ocurre con el cáncer de mama, de pulmón y de colon, y, a menudo, se asocian con un mal pronóstico. Cuando el cáncer penetra el cerebro, puede resultar difícil seguir el tratamiento, en parte debido a la barrera hematoencefálica, una membrana casi impenetrable que separa el cerebro del resto del cuerpo.
Según la doctora Shanta Dhar, profesora de Bioquímica y Biología Molecular y directora adjunta de Tecnología e Innovación en el Sylvester Comprehensive Cancer Center, la nanopartícula desarrollada por ella y sus colegas podría utilizarse algún día para tratar las metástasis con la ventaja añadida de combair al mismo tiempo el tumor primario. La doctora Dhar es la autora principal de un artículo que aparece publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences.
Al cargar la partícula con dos profármacos —sustancias biológicamente inactivas que son metabolizadas en el organismo a unas sustancias activas— dirigidos a las mitocondrias —las centrales energéticas de las células—, los investigadores demostraron que su estrategia terapéutica podía reducir tumores de mama y cerebrales en estudios preclínicos.
La nanopartícula está hecha con un polímero biodegradable.
“Siempre digo que la nanomedicina es el futuro, pero por supuesto ya estamos en ese futuro— comenta la doctora Dhar, haciendo referencia a las vacunas contra la covid-19 disponibles en las farmacias, que utilizan nanopartículas en su formulación. Y añade—: Definitivamente, la nanomedicina también es el futuro de la terapéutica del cáncer”.
El nuevo método utiliza una nanopartícula hecha de un polímero biodegradable, diseñada previamente por el equipo de la doctora Dhar, a la que se le unen dos medicamentos también desarrollados en su laboratorio que se dirigen contra las fuentes básicas de energía del cáncer. Debido a que las células cancerosas a menudo tienen una forma diferente de metabolismo que las células sanas, sofocar su metabolismo puede ser una forma efectiva de matar tumores sin dañar los tejidos sanos.
Uno de estos medicamentos es una versión modificada de un medicamento de quimioterapia clásico, el cisplatino. Este mata eficazmente las células cancerosas al inhibir la síntesis de ADN, cosa que logra produciendo enlaces cruzados dentro y entre las cadenas del ADN. Pero las células tumorales pueden reparar su ADN, lo que a veces conduce a resistencias al cisplatino.
Dos mitocondrias, las centrales energéticas de las células y dianas terapéuticas contra el cáncer. Cortesía: Louisa Howard
Para sortear este inconveniente, el equipo de la doctora Dhar modificó el fármaco para cambiar su objetivo: en lugar de dirigirlo al ADN nuclear, que es el ADN que forma nuestros cromosomas, lo orientaron hacia el ADN de las mitocondrias. Estos orgánulos constituyen las centrales energéticas de nuestras células y contienen sus propio genoma, eso sí, mucho más pequeño que el ADN nuclear. A diferencia de este, el ADN ribosómico no tiene la misma maquinaria de reparación del ADN, lo que resulta muy interesante como diana terapéutica contra el cáncer.
Debido a que las células cancerosas pueden cambiar entre diferentes fuentes de energía para sostener su crecimiento y proliferación, los investigadores combinaron su cisplatino modificado, al que llaman Platin-M y que bloquea el proceso de generación de energía conocido como fosforilación oxidativa, con otro fármaco que desarrollaron, y que bautizaron como Mito-DCA. Este se dirige específicamente a una proteína mitocondrial conocida como quinasa, e inhibe la glucólisis, un tipo diferente de generación de energía.
Según Dhar, desarrollar una nanopartícula que pueda acceder al cerebro no es moco de pavo. Lleva toda su carrera trabajando con nanopartículas, y en un proyecto anterior en el que estudiaba distintas formas de polímeros, ella y sus colegas observaron en estudios preclínicos que una pequeña fracción de algunas de esas nanopartículas llegaba al cerebro.
Una nanopartícula capaz de atravesar tanto la barrera hematoencefálica como la membrana externa de las mitocondrias.
Al perfeccionar dichos polímeros, el equipo de la doctora Dhar desarrolló una nanopartícula capaz de atravesar tanto la barrera hematoencefálica como la membrana externa de las mitocondrias.
“Hemos tenido que enfrentarnos a muchos altibajos hasta averiguar todo esto, y aún estamos trabajando para entender el mecanismo por el que estas partículas atraviesan la barrera hematoencefálica”», explica la doctora Dhar.
Superados los obstáculos, el equipo de la doctora Dhar probó las nanopartículas especializadas cargadas de fármacos en estudios preclínicos y descubrió que eran capaces de reducir no solo los tumores de mama, sino las células cancerosas de mama que invadían el cerebro para formar allí tumores. La combinación de nanopartículas y fármacos tampoco resultó tóxica y prolongó significativamente la supervivencia en estudios de laboratorio.
La doctora Shanta Dhar cree que la nanotecnología puede ser muy útil en la lucha contra el cáncer. Foto: Sylvester
El próximo objetivo es probar esta nanoestrategia en el laboratorio para reproducir más fielmente las metástasis cerebrales humanas, quizá incluso utilizando células cancerosas derivadas de pacientes. La doctora Dhar también quiere probar el fármaco en modelos de laboratorio del glioblastoma, un cáncer cerebral especialmente agresivo.
“Me interesa mucho la química de los polímeros, y su uso con fines médicos me fascina— confiesa Akash Ashokan, estudiante de doctorado de la Universidad de Miami que trabaja en el laboratorio de la doctora Dhar junto con Shrita Sarkar, otra estudiante de doctorado. Y contúnua—: Es fantástico ver cómo se aplica a la terapéutica del cáncer”.
Información facilitada por la University of Miami Miller School of Medicine -Adaptación: Enrique Coperías / Rexmolón Producciones
Fuente: Akash Ashokan, Shrita Sarkar, Mohammad Z. Kamran and Shanta Dhar. Simultaneous targeting of peripheral and brain tumors with a therapeutic nanoparticle to disrupt metabolic adaptability at both sites. PNAS (2024). DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2318119121
