Trabajando juntos, Los ingenieros biomédicos y neurocirujanos de Johns Hopkins informan que han creado pequeños, "nanopartículas" biodegradables capaces de transportar ADN a las células cancerosas del cerebro en ratones.

El equipo dice que los resultados de su experimento de prueba de principio sugieren que tales partículas cargadas con "genes de muerte" podrían administrarse algún día a pacientes con cáncer de cerebro durante la neurocirugía para eliminar selectivamente las células tumorales restantes sin dañar el tejido cerebral normal.

Un resumen de los resultados de la investigación apareció en línea el 26 de abril en la revista ACS Nano .

"En nuestros experimentos, Nuestras nanopartículas entregaron con éxito un gen de prueba a las células cancerosas del cerebro en ratones, donde luego se encendió, "dice Jordan Green, Doctor., profesor asistente de ingeniería biomédica y neurocirugía en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins. "Ahora tenemos evidencia de que estos pequeños caballos de Troya también podrán portar genes que inducen selectivamente la muerte en las células cancerosas". dejando sanas las células sanas ".

Green y sus colegas se centraron en los glioblastomas, la forma más letal y agresiva de cáncer de cerebro. Con tratamientos estándar de cirugía, quimioterapia y radiación, el tiempo medio de supervivencia es de solo 14,6 meses, y la mejora solo vendrá con la capacidad de matar las células tumorales resistentes a los tratamientos estándar, según Alfredo Quiñones-Hinojosa, MARYLAND., profesor de neurocirugía en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins y miembro del equipo de investigación.

Debido a que la naturaleza protege el cerebro al dificultar el acceso a sus células a través de la sangre, los esfuerzos se centraron en el uso de partículas que pudieran transportar instrucciones de ADN que destruyen tumores directamente a las células cancerosas durante la cirugía.

Los experimentos iniciales utilizaron células cancerosas que Quiñones-Hinojosa y su equipo extrajeron de los pacientes que lo deseaban y las cultivaron en el laboratorio hasta que formaron pequeñas esferas de células. denominadas oncosferas, probablemente sea el más resistente a la quimioterapia y la radiación, y capaz de crear nuevos tumores.

Quiñones-Hinojosa luego trabajó con Green para encontrar un vehículo para los genes que causarían la muerte en las oncosferas. El laboratorio de Green se especializa en producir pequeños, partículas redondas compuestas por plástico biodegradable cuyas propiedades se pueden optimizar para completar diversas misiones médicas. Variando los átomos dentro del plástico, el equipo puede producir partículas de diferentes tamaños, Estabilidades y afinidades por el agua o el aceite. Para este estudio, El equipo de Green creó docenas de diferentes tipos de partículas y probó su capacidad para transportar y entregar una secuencia de prueba de ADN, específicamente un gen para una proteína brillante roja o verde, a las oncosferas.

Al evaluar la supervivencia de las células que envuelven las partículas y medir los niveles de luz roja o verde que emitieron, los investigadores determinaron qué formulación de partículas funcionaba mejor, luego probó esa formulación en ratones con cáncer de cerebro humano derivado de sus pacientes.

Inyectaron las partículas directamente en ratones con un cáncer cerebral humano experimental, y en los cerebros de ratones sanos para su uso como comparación. Asombrosamente, las células sanas rara vez producen las proteínas brillantes, a pesar de que las partículas portadoras de ADN estaban entrando en células tumorales y células no tumorales en cantidades similares. "Esto es exactamente lo que uno querría ver, especificidad del cáncer, pero todavía estamos investigando el mecanismo que permite que esto ocurra, ", dice Green. Esperamos que nuestros experimentos continuos arrojen luz sobre esto para que podamos aplicar lo que aprendemos a otros escenarios".

"Es emocionante haber encontrado una manera de dirigir selectivamente la entrega de genes a las células cancerosas, "dice Quiñones-Hinojosa." Es un método que es mucho más factible y más seguro para los pacientes que la terapia génica tradicional, que utiliza virus modificados para realizar el tratamiento ".

Añade que las partículas pueden liofilizarse y almacenarse durante al menos dos años sin perder su eficacia. "Las nanopartículas que permanecen estables durante tanto tiempo nos permiten preparar formulaciones con mucha anticipación y en grandes lotes, "dice Stephany Tzeng, Doctor., miembro del equipo de Green. "Esto los hace fáciles de usar de manera consistente en experimentos y cirugías; agregamos agua a las partículas, y están listos para comenzar ".

En un estudio relacionado, publicado en línea el 27 de marzo en la misma revista, El grupo de Green también demostró que una formulación de partículas diferente podría transportar y entregar eficazmente los llamados ARNip a las células cancerosas del cerebro. Los ARNip son moléculas muy pequeñas que transportan información genética a las células, pero a diferencia del ADN que puede activar genes, El ARNip interfiere con la producción de determinadas proteínas y puede desactivar los genes del cáncer.

Green explica que los siRNA deben encapsularse en partículas que son diferentes de las que se utilizan para transportar el ADN porque los siRNA son aproximadamente 250 veces más pequeños que las moléculas de ADN que se utilizan habitualmente para la terapia génica. "Los ARNip también son mucho más rígidos que el ADN, y no tienen que entrar al núcleo celular porque hacen su trabajo fuera de él, en el citoplasma, " él dice.

Se probó una biblioteca inicial de 15 formulaciones de partículas biodegradables para determinar su capacidad para transportar ARNip en células de glioblastoma humano que fueron diseñadas genéticamente para producir proteína verde fluorescente (GFP). Los ARNip añadidos a las partículas contenían el código GFP, por lo que las células seleccionadas con éxito dejarían de brillar en verde.

Al modificar las propiedades químicas de las partículas, el equipo pudo encontrar una composición que reducía el brillo de GFP en las células cancerosas del cerebro humano en un 91 por ciento. Para probar la capacidad de las partículas para liberar ARNip que inducen la muerte, el equipo cargó las partículas con una mezcla de códigos de ARNip diseñados para evitar la producción de proteínas importantes. Luego agregaron estas partículas a las células cancerosas del cerebro y a las células cerebrales no cancerosas que crecen en el laboratorio.

Como en su estudio con ratones, el ARNip fue más efectivo, en este caso para causar la muerte celular, en las células cancerosas del cerebro (hasta un 97 por ciento de efectividad) que en las células no cancerosas (0 a 27 por ciento, dependiendo del tipo de nanopartícula).

Green enfatiza que para las terapias genéticas basadas en nanopartículas que son seguras para los pacientes, el ARNip o ADN específico que se administra en un tratamiento clínico se elegiría cuidadosamente para que, incluso si hubo una entrega fuera del objetivo a las células sanas, solo sería perjudicial para las células cancerosas. Green está animado por los resultados hasta ahora. "Combinando lo que hemos aprendido en estos dos estudios, incluso podríamos diseñar partículas que puedan entregar ADN y ARNip al mismo tiempo, "Eso nos permitiría ajustar el código de autodestrucción genética que entregan nuestras partículas para que las células cancerosas mueran y las células sanas no".

"El Dr. Green y sus colegas han dado pasos importantes en el desarrollo de nanopartículas poliméricas para la entrega de ADN y ARNip, con una especificidad prometedora para las células tumorales y una estabilidad mejorada, "dijo Jessica Tucker, Doctor., director del programa de sistemas y dispositivos de administración de fármacos y genes en el Instituto Nacional de Bioingeniería e Imágenes Biomédicas, que proporcionó financiación parcial para estos estudios. "Aunque todavía quedan muchos desafíos, tal trabajo podría transformar potencialmente los resultados del tratamiento para pacientes con glioblastoma y tumores cerebrales relacionados, para lo cual las terapias actuales brindan beneficios limitados ".