Se ha demostrado que una clase de nanopartículas diseñadas (esferas centradas en oro más pequeñas que los virus) son seguras cuando se administran por dos vías alternativas en un estudio con ratones dirigido por investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Stanford. Esto marca el primer paso en la escalera de los estudios de toxicología que, dentro de un año y medio, podría ceder a los ensayos en humanos de los diminutos agentes para la detección de cáncer colorrectal y posiblemente otros cánceres.

"La falta de toxicidad de estas nanopartículas en ratones es una buena señal de que se comportarán bien en humanos, "dijo Sanjiv Sam Gambhir, MARYLAND, Doctor, profesor de radiología y autor principal del estudio, que se publicará el 20 de abril como artículo destacado en Medicina traslacional de la ciencia .

"Detección temprana de cualquier cáncer, incluido el cáncer colorrectal, mejora notablemente la supervivencia, "dijo Gambhir. Por ejemplo, el uso generalizado de la colonoscopia ha reducido significativamente las tasas de mortalidad por cáncer de colon, él dijo. "Pero la colonoscopia se basa en el ojo humano. Así que esta herramienta de detección, si bien es extremadamente útil, todavía pasa por alto muchas lesiones cancerosas, como las que son demasiado pequeñas, oscuro o plano para ser notado ".

Una forma prometedora de detectar las lesiones cancerosas en forma temprana es emplear reporteros moleculares que se sientan atraídos por los sitios de las lesiones cancerosas. Un método en uso implica tintes fluorescentes acoplados con anticuerpos que reconocen y se unen a las características de la superficie de las células cancerosas.

Pero ese enfoque tiene sus inconvenientes, dijo Gambhir, quien es el director del Programa de Imagen Molecular en Stanford. Los propios tejidos del cuerpo también presentan una ligera fluorescencia, complicando los intentos de identificar los sitios del tumor. Más, la gama restringida de colores en la que los tintes fijados con anticuerpos emiten fluorescencia limita el número de diferentes características asociadas a tumores que pueden identificarse simultáneamente. Algunas versiones de este enfoque también han resultado tóxicas para las células.

El nuevo estudio es la primera demostración exitosa de la seguridad de una nueva clase de agentes:pequeñas bolas de oro que han sido recubiertas con materiales diseñados para ser detectados con una sensibilidad muy alta. luego encerrados en conchas transparentes de sílice y unidos a moléculas de polietilenglicol para hacerlas más amigables biológicamente. Se les pueden fijar moléculas que se alojan en las células cancerosas. Las nanopartículas resultantes miden apenas 100 nanómetros de diámetro.

Los materiales que rodean los centros de oro de las nanopartículas tienen si sutil, propiedades ópticas. Típicamente, la luz rebota en la superficie de un material a la misma longitud de onda que tenía cuando golpeó la superficie. Pero en cada uno de los materiales especializados, aproximadamente una diez millonésima parte de la luz entrante rebota en un patrón de longitudes de onda discretas características de ese material. Los núcleos de oro subyacentes han sido maltratados de una manera que amplifica en gran medida este llamado "efecto Raman, “Permitiendo la detección simultánea de muchos materiales de imágenes diferentes mediante un instrumento sensible llamado microscopio Raman.

Las nanopartículas de este tipo se utilizaron originalmente en tintas de moneda, para hacerlos difíciles de falsificar. Pero el laboratorio de Gambhir, en colaboración con Oxonica Materials, una pequeña empresa propiedad de Cabot Corp., con sede en Boston, los ha adaptado para uso biológico.

"La obtención de imágenes fotográficas con estas nanopartículas promete una detección muy temprana de enfermedades, incluso antes de que aparezcan grandes cambios anatómicos, sin retirar físicamente ningún tejido del paciente, "dijo Gambhir, que también es Virginia y D.K. Profesor Ludwig de Investigación del Cáncer. Pero hasta ahora no ha habido pruebas de que estas partículas no sean tóxicas. Los efectos potenciales de cualquier cosa tan pequeña que pueda ser absorbida por las células no pueden darse por sentados.

Para ver si esta preocupación puede resolverse, los investigadores administraron las nanopartículas a dos grupos de ratones, cada uno compuesto por 30 machos y 30 hembras, y evaluó la toxicidad de diversas formas. En cada caso, la dosis fue 1, 000 veces más grande de lo que se necesitaría para obtener una señal clara de las nanopartículas.

El primer grupo de 60 ratones recibió las nanopartículas por vía rectal. Los investigadores siguieron con una serie de mediciones en cinco puntos de tiempo diferentes que van desde cinco minutos a dos semanas. Controlaron la presión arterial de los animales de prueba, electrocardiogramas y recuentos de glóbulos blancos. Examinaron varios tejidos en busca de aumentos en la expresión de enzimas antioxidantes o proteínas de señalización proinflamatorias, lo que sugeriría estrés fisiológico en las células de los animales. Tiñeron los tejidos con tintes que señalan las células moribundas.

Estas inspecciones no arrojaron prácticamente ningún signo de estrés en los tejidos, y ninguno en absoluto dos semanas después del momento de la administración. En tono rimbombante, el equipo inspeccionó los tejidos mediante microscopía electrónica para averiguar dónde se habían alojado las partículas que contenían oro. No encontraron oro en ninguna parte fuera del intestino. lo que indica que las nanopartículas permanecieron confinadas a ese órgano y, por lo tanto, cuando se administra por vía rectal, no planteaba ninguna amenaza de toxicidad sistémica. Es más, las nanopartículas se excretaron rápidamente.

"Eso reduce el listón de las pruebas de estos agentes por parte de la Administración de Drogas y Alimentos para su uso en la detección de cánceres colorrectales, porque aborda las preocupaciones sobre la toxicidad sistémica, "Dijo Gambhir.

Sin embargo, incluso si las nanopartículas se hubieran movido más allá del intestino, parece que no habrían causado problemas sistémicos. Al administrar las nanopartículas por vía intravenosa al segundo grupo de 60 ratones, una vez más, los investigadores encontraron escasos signos de inflamación u otra evidencia de toxicidad, y prácticamente ninguno dos semanas después de la administración. Las nanopartículas administradas por vía intravenosa fueron rápidamente secuestradas por células depuradoras residentes en órganos como el hígado y el bazo.

This opens the door to human tests of intravenous injections of these nanoparticles to search for tumors throughout the body. "We can attach molecules targeting breast, lung or prostate cancer to these spheres, " Gambhir said. In the study, the researchers did test nanoparticles conjugated to one such molecule:a small protein snippet, or peptide, known to be attracted to tumor cells. De nuevo, no toxic effects were observed.

Gambhir's group is now filing for FDA approval to proceed to clinical studies of the nanoparticles for the diagnosis of colorectal cancer.