Investigadores financiados en parte por el Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería NIBIB han demostrado recientemente que las bacterias magnéticas son un vehículo prometedor para la entrega más eficiente de medicamentos para combatir tumores. Informaron sus resultados en la edición de agosto de 2016 de Nanotecnología de la naturaleza .
Uno de los mayores desafíos en la terapia contra el cáncer es poder administrar suficientemente medicamentos de quimioterapia a los tumores sin exponer a los tejidos sanos a sus efectos tóxicos. Una forma en que los investigadores han intentado superar esto es mediante el desarrollo de nanoportadores, partículas extremadamente pequeñas llenas de medicamentos.Los nanoportadores están diseñados para que solo sean absorbidos por las células cancerosas, evitando así que los medicamentos sean absorbidos por los tejidos sanos a medida que viajan a través de la circulación del cuerpo.
Sin embargo, aunque los nanoportadores hacen un buen trabajo protegiendo los tejidos sanos, la cantidad de fármaco entregada con éxito a los tumores sigue siendo baja. Las principales razones de esta deficiencia son que los nanoportadores dependen del sistema de circulación para llevarlos al tumor, por lo que un gran porcentaje esse filtra del cuerpo antes de llegar a su destino. Además, las diferencias de presión entre el tumor y su tejido circundante evitan que los nanoportadores penetren en el interior del tumor. Como resultado, los nanoportadores no pueden llegar a las zonas hipóxicas del tumor, queson regiones de división celular activa que se caracterizan por un bajo contenido de oxígeno.
"Solo una proporción muy pequeña de medicamentos llega a las zonas hipóxicas, que se cree que son la fuente de metástasis. Por lo tanto, atacar las regiones con poco oxígeno probablemente disminuirá la tasa de metástasis mientras maximiza el efecto de una terapia".dice Sylvain Martel, Ph.D., Directora del Laboratorio de NanoRobótica de la Politécnica de Montreal e investigador principal del estudio.
Martel y su equipo de investigación intentaban desarrollar nanoportadores robóticos que viajarían a zonas hipóxicas cuando se dieron cuenta de que la naturaleza ya podría haber creado uno en forma de una bacteria llamada magnetococcus marinus o MC-1. Las células MC-1 prosperan en aguas profundasdonde el oxígeno es escaso. Para encontrar estas áreas, las bacterias se basan en un sistema de navegación de dos partes. La primera parte involucra una cadena de nanocristales magnéticos dentro de MC-1 que actúa como una aguja de la brújula y hace que la bacteria nade en undirección norte cuando se encuentra en el hemisferio norte. La segunda parte consiste en sensores que permiten a las bacterias detectar cambios en los niveles de oxígeno. Este sistema de navegación único ayuda a las bacterias a migrar y mantener su posición en áreas con poco oxígeno.
Con el apoyo financiero de NIBIB y otros, el equipo de investigación de Martel realizó una serie de experimentos para demostrar que el sistema de navegación único de la bacteria podría explotarse para administrar medicamentos a los tumores de manera más eficiente.
En un experimento inicial, los ratones que recibieron tumores colorrectales humanos fueron inyectados con células MC-1 vivas, células MC-1 muertas o, como grupo de control, perlas no magnéticas aproximadamente del mismo tamaño que la bacteriaLa inyección se realizó en el tejido directamente adyacente a los tumores, después de lo cual los ratones fueron expuestos a un campo magnético programado por computadora, destinado a dirigir las células o perlas hacia el tumor. Al examinar los tumores, los investigadores encontraron una penetración mínima delas células bacterianas muertas y las cuentas en el tumor, mientras que las células bacterianas vivas se encontraron en el interior del tumor y especialmente en regiones con bajo contenido de oxígeno.
"Cuando entran al tumor, apagamos el campo magnético y las bacterias dependen automáticamente de los sensores de oxígeno para buscar las áreas hipóxicas", dice Martel. "Los restringimos al tumor y luego dejamos que la naturaleza haga el resto"."
Luego, los investigadores querían ver si unir las vesículas cargadas con medicamentos a las células afectaría su movimiento dentro de los tumores. Adjuntaron aproximadamente 70 vesículas que contienen drogas a cada célula bacteriana. Luego, las células se inyectaron en otro conjunto de ratones contumores colorrectales y expuestos al imán. Después de examinar los tumores de esos ratones, los investigadores estimaron que, en promedio, el 55% de las células bacterianas inyectadas con vesículas adheridas llegaron al tumor. A modo de comparación, algunos investigadores estiman que solo aproximadamente el 2%de medicamentos administrados a través de nanoportadores actuales lo convierten en tumores.
"Este trabajo de prueba de concepto muestra el potencial de aprovechar la maquinaria celular intrincada y optimizada de organismos unicelulares como las bacterias", dijo Richard Conroy, Ph.D., director de la División de Ciencias y Tecnología Aplicadas enNIBIB: "La capacidad de dirigir de forma activa y precisa la administración de fármacos a un tumor ayudará a reducir los efectos secundarios y potencialmente a mejorar la eficacia de los tratamientos".
El siguiente paso para el equipo de Martel es determinar los efectos de las células bacterianas cargadas de drogas en la reducción del tamaño del tumor. También les gustaría probar si la bacteria se puede usar para administrar otros tipos de medicamentos contra el cáncer, como moléculas queinstruir al sistema inmunitario para atacar tumores
Además, el equipo está trabajando para expandir los tipos de tumores para los que podrían usarse las bacterias. Actualmente, las bacterias deben inyectarse muy cerca del tumor porque, si se inyectan en las arterias, el flujo sanguíneo excesivo y la distancia necesariaviajar afectaría la cantidad de bacterias que llegan al tumor. Esto limita el enfoque de administración de medicamentos a los cánceres que son fácilmente accesibles, como el cáncer colorrectal, de próstata y potencialmente de mama. Sin embargo, el equipo de Martel ha demostrado en animales que pueden transportar la bacteriaa través de las arterias y suficientemente cerca del tumor encapsulándolos primero en portadores magnéticos y propulsándolos por el campo magnético de un escáner de resonancia magnética. Las bacterias pueden ser liberadas de los portadores, como los torpedos de un submarino, una vez cerca del tumor.El enfoque de varios pasos podría abrir la puerta para usar la bacteria para administrar medicamentos a los tumores más profundos del cuerpo
Martel dice que los resultados de las pruebas preliminares de la bacteria en ratones y ratas y el hecho de que la bacteria muere dentro de los 30 minutos posteriores a la inyección, sugieren que podrían ser seguros en humanos.
"Estas bacterias son realmente la máquina perfecta. Se replican, son baratas y podemos inyectar cientos de millones o más a la vez", dice Martel.
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Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Imagen Biomédica y Bioingeniería . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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