Estas imágenes muestran células cancerosas mamarias de ratón tomadas bajo un microscopio. En ambas imágenes, verde indica la membrana celular, y el azul indica el núcleo. Las células de la imagen inferior se trataron con nanopartículas cargadas con Taxol, mientras que las celdas de la imagen superior no lo han hecho. El color rojo indica la presencia de nanopartículas dentro de las células. La barra de escala es de 50 micrómetros. Crédito:Mu et al., Materiales hoy, 2020
La administración de fármacos es un enigma recurrente en el tratamiento del cáncer. Los científicos han desarrollado muchas terapias contra el cáncer. Pero esos medicamentos a menudo dañan los tejidos sanos, y los medicamentos pueden incluso descomponerse en el torrente sanguíneo antes de llegar al sitio del tumor. Los medicamentos contra el cáncer pueden durar más si se disuelven en determinadas soluciones químicas, pero muchos vienen con efectos secundarios potencialmente tóxicos.
Las nanopartículas son un tipo prometedor de sistema de administración de fármacos. También conocidos como nanoportadores, estas pequeñas partículas pueden unirse a los medicamentos y protegerlos de la degradación hasta que ingresan a las células tumorales. Pero su eficacia como portadores de fármacos y protectores de fármacos, así como la posible toxicidad en pacientes, depende significativamente de su tamaño, composición y propiedades químicas. Equilibrar estos factores en competencia es un proceso delicado. Aunque los investigadores han logrado avances significativos en nanomedicina en la última década, seguía siendo un desafío formidable diseñar y sintetizar pequeños nanopartículas estables que podrían proporcionar suficientes medicamentos para tratar tumores sólidos.
A principios de este año, los científicos de la Universidad de Washington anunciaron que habían logrado tal acto de equilibrio con un sistema de administración de fármacos basado en nanopartículas que puede transportar un potente fármaco contra el cáncer a través del torrente sanguíneo de forma segura. Como informan en un artículo publicado en mayo en Materiales hoy , su nanopartícula se deriva de la quitina, un polímero natural y orgánico que, entre otras cosas, constituye las cáscaras exteriores de los camarones.
El equipo, dirigido por Miqin Zhang, un profesor de la UW de ciencia e ingeniería de materiales y de cirugía neurológica, demostraron que su sistema derivado de la quitina puede transportar con éxito Taxol, un potente fármaco contra el cáncer que también se conoce como paclitaxel, a través del torrente sanguíneo e inhiben el crecimiento y la diseminación del tumor, también conocido como metástasis, en ratones. Las nanopartículas no mostraron efectos secundarios adversos, probablemente ya que se derivan en parte de un polímero natural.
"Esto podría formar la base de una nueva clase de sistemas de administración de nanopartículas que pueden transportar terapias contra el cáncer a través del cuerpo de forma segura". sin efectos secundarios tóxicos del material de nanopartículas, "dijo Zhang, quien también es investigador de la facultad del Instituto de Nanoingeniería de Sistemas de la UW y del Instituto de Ciencias e Ingeniería Molecular.
Estas imágenes muestran muestras de tejido tomadas de tumores mamarios de ratón. La imagen de la izquierda es de un tumor que no ha recibido ningún medicamento contra el cáncer. La imagen de la derecha es de un tumor tratado con nanopartículas cargadas con Taxol. Las células de la derecha tienen una forma anormal y están separadas por regiones blancas con "burbujas", que se observan en tumores de ratón tratados con Taxol. La barra de escala es de 75 micrómetros. Crédito:Mu et al., Materiales hoy , 2020
Las nanopartículas, una vez cargado con Taxol, tienen unos 20,6 nanómetros de diámetro. Eso es aproximadamente 1/4000 del ancho de un cabello humano, según la Iniciativa Nacional de Nanotecnología de EE. UU. Las partículas son lo suficientemente pequeñas como para viajar a través de los vasos sanguíneos y llegar a sitios tumorales potencialmente compactos.
El equipo de Zhang comenzó cargando partículas de Taxol en hebras mucho más largas de quitosano, un material derivado de la quitina. Las nanofibras se descomponen para formar nanopartículas cuando se exponen al suero, una proteína de la sangre, ya sea en el laboratorio o en el cuerpo. Los investigadores demostraron que las nanofibras cargadas con fármacos, cuando se inyecta en ratones, se descompuso rápidamente en pequeñas nanopartículas, gracias a las proteínas séricas en la sangre, y pudo circular libremente en el torrente sanguíneo, entrar en los órganos y llegar a los sitios del tumor.
El equipo sometió a las nanopartículas cargadas de Taxol a una serie de experimentos para ver qué podían hacer con los tumores. En cultivos celulares de células cancerosas mamarias de ratón, la mayoría de las células cancerosas mostró signos de muerte celular 48 horas después del tratamiento, lo que indica que el Taxol asociado a nanopartículas podría entrar en las células cancerosas y afectar el crecimiento celular al menos tan bien como el Taxol flotante. En ratones, Nanofibras cargadas con taxol, que se descompuso en nanopartículas, mostró una inhibición del 90% del crecimiento del tumor mamario en comparación con aproximadamente un 66% de inhibición para Taxol inyectado en la solución clínica que se usa ampliamente en la actualidad. Las nanopartículas también inhibieron el crecimiento del tumor de melanoma en ratones hasta en un 75%. En experimentos separados en ratones, Las nanopartículas cargadas con taxol también impidieron la propagación del cáncer de mama a otras partes del cuerpo, a diferencia de Taxol en una solución clínica.
Además de estos hallazgos prometedores con los tumores, el equipo descubrió que las nanopartículas mantenían al Taxol circulando en el torrente sanguíneo por más tiempo, dando al fármaco más tiempo para llegar al sitio del tumor. En el torrente sanguíneo de los ratones, la vida media de las nanopartículas asociadas a Taxol fue de casi 25 horas, en comparación con menos de 2 horas para Taxol inyectado en la solución clínica. Los ratones inyectados con las nanofibras no mostraron signos de efectos secundarios tóxicos. lo que indica que las nanopartículas en sí mismas no estaban causando daño a los tejidos. A diferencia de, la solución clínica que se usa ampliamente hoy en día para Taxol puede causar toxicidad hepática en ratones, entre otros efectos secundarios.
Zhang cree que las nanopartículas derivadas de quitosano podrían formar la base de un sistema de administración de fármacos no tóxicos para el cáncer que mantiene la terapéutica en el cuerpo por más tiempo para inhibir el crecimiento tumoral y la metástasis.
"Este es un hallazgo muy prometedor. Muchos sistemas de administración de fármacos que se utilizan hoy en día para los fármacos contra el cáncer tienen efectos secundarios tóxicos, y no proteja el fármaco durante mucho tiempo en el cuerpo del paciente, ", dijo Zhang." Las nanopartículas tienen todas las características que uno podría esperar para que el fármaco llegue a las células tumorales. El pequeño nanoportador a base de quitosano, hecho in situ, con biocompatibilidad y biodegradabilidad únicas, ofrece una nueva estrategia para la administración de medicamentos contra el cáncer y tiene un gran potencial para una rápida traducción a la clínica ".
