La nanotecnología ofrece nuevas y poderosas posibilidades para las terapias dirigidas contra el cáncer, pero los desafíos de diseño son muchos. Los científicos de la Universidad Northwestern son ahora los primeros en desarrollar una nanopartícula simple pero especializada que puede administrar un fármaco directamente al núcleo de una célula cancerosa, una característica importante para un tratamiento eficaz.

También son los primeros en obtener imágenes directamente a nanoescala de cómo las nanopartículas interactúan con el núcleo de una célula cancerosa.

"Nuestras nanoestrellas de oro cargadas de drogas son pequeños autostopistas, "dijo Teri W. Odom, quien dirigió el estudio de las células de cáncer de ovario y cuello uterino en humanos. "Se sienten atraídos por una proteína en la superficie de la célula cancerosa que transporta convenientemente las nanoestrellas al núcleo de la célula. Luego, en la puerta del núcleo, las nanoestrellas liberan la droga, que continúa en el núcleo para hacer su trabajo ".

Odom es profesora de Química de la Junta de Directores de la Exposición Colombina en la Facultad de Artes y Ciencias de Weinberg y profesora de ciencia e ingeniería de materiales en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas McCormick.

Usando microscopía electrónica, Odom y su equipo descubrieron que sus nanopartículas cargadas de fármacos cambian drásticamente la forma del núcleo de las células cancerosas. Lo que comienza como un lindo el elipsoide liso se convierte en una forma irregular con pliegues profundos. También descubrieron que este cambio de forma después de la liberación del fármaco estaba relacionado con la muerte de las células y la pérdida de viabilidad de la población celular, ambos resultados positivos cuando se trata de células cancerosas.

Los resultados se publican en la revista ACS Nano .

Desde esta investigación inicial, los investigadores han pasado a estudiar los efectos de las nanoestrellas de oro cargadas con el fármaco en otras 12 líneas celulares de cáncer humano. El efecto fue muy parecido. "Todas las células cancerosas parecen responder de manera similar, "Esto sugiere que las capacidades de transporte de la proteína nucleolina para nanopartículas funcionalizadas podrían ser una estrategia general para la administración de fármacos dirigidos a la energía nuclear", dijo Odom.

La nanopartícula es simple e ingeniosamente diseñada. Está hecho de oro y tiene la forma de una estrella, con cinco a 10 puntos. (Una nanoestrella tiene aproximadamente 25 nanómetros de ancho). La gran superficie permite a los investigadores cargar una alta concentración de moléculas de fármaco en la nanoestrella. Se necesitaría menos fármaco que los enfoques terapéuticos actuales que utilizan moléculas libres porque el fármaco se estabiliza en la superficie de la nanopartícula.

El fármaco utilizado en el estudio es un aptámero de ADN monocatenario llamado AS1411. Aproximadamente 1, 000 de estas hebras están unidas a la superficie de cada nanoestrella.

El aptámero de ADN tiene dos funciones:es atraído y se une a la nucleolina, una proteína sobreexpresada en las células cancerosas y que se encuentra en la superficie celular (así como dentro de la célula). Y cuando se libera de la nanoestrella, el aptámero de ADN también actúa como fármaco en sí mismo.

Atado a la nucleolina, las nanoestrellas de oro cargadas de drogas aprovechan el papel de la proteína como lanzadera dentro de la célula y hacen autostop para llegar al núcleo celular. Luego, los investigadores dirigen pulsos de luz ultrarrápidos, similares a los que se usan en la cirugía LASIK, a las células. La luz pulsada escinde las uniones de enlace entre la superficie de oro y los aptámeros de ADN tiolados, que luego puede entrar en el núcleo.

Además de permitir que se cargue una gran cantidad de fármaco, La forma de la nanoestrella también ayuda a concentrar la luz en los puntos, facilitando la liberación de fármacos en esas áreas. La liberación de fármacos a partir de nanopartículas es un problema difícil, Odom dijo:pero con las nanoestrellas de oro, la liberación se produce fácilmente.

El hecho de que la nanoestrella de oro pueda administrar el fármaco sin necesidad de pasar a través de la membrana nuclear significa que no se requiere que la nanopartícula tenga un tamaño determinado. ofreciendo flexibilidad de diseño. También, las nanoestrellas se fabrican mediante una síntesis biocompatible, lo cual es inusual para las nanopartículas.

Odom imagina el método de administración de fármacos, una vez optimizado, podría ser particularmente útil en los casos en que los tumores están bastante cerca de la superficie de la piel, como la piel y algunos cánceres de mama. (La fuente de luz sería externa al cuerpo). Los cirujanos que extirpan tumores cancerosos también pueden encontrar que las nanoestrellas de oro son útiles para erradicar cualquier célula cancerosa perdida en el tejido circundante.