Light long se ha utilizado para tratar el cáncer. Pero la fototerapia solo es efectiva donde la luz puede llegar fácilmente, limitando su uso a cánceres de piel y en áreas accesibles con un endoscopio, como el tracto gastrointestinal.

Usando un modelo de ratón de cáncer, Los investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis han ideado una forma de aplicar la terapia basada en la luz a tejidos profundos nunca antes accesibles. En lugar de hacer brillar una luz exterior, entregaron luz directamente a las células tumorales, junto con una fuente fotosensible de radicales libres que la luz puede activar para destruir el cáncer. Y lo lograron utilizando materiales ya aprobados para su uso en pacientes con cáncer.

El estudio aparece el 9 de marzo en la revista Nanotecnología de la naturaleza .

"La fototerapia funciona muy bien y tiene pocos efectos secundarios, pero no se puede utilizar para tumores metastásicos o profundamente incrustados, "dijo el autor principal Samuel Achilefu, Doctor, profesor de radiología e ingeniería biomédica en la Universidad de Washington. "En general, iluminar materiales fotosensibles genera radicales libres que son muy tóxicos e inducen la muerte celular. Pero la técnica solo ha funcionado bien cuando la luz y el oxígeno pueden llegar allí. La necesidad de oxígeno y la poca penetración de la luz en los tejidos han limitado los avances en esta área durante décadas ".

La fuente de luz que aprovecharon los investigadores se basa en un fenómeno llamado radiación de Cerenkov, identificado en la década de 1930 por Pavel Cerenkov, quien más tarde ganó el Premio Nobel de Física por el descubrimiento. La radiación de Cerenkov es responsable del característico resplandor azul de los reactores nucleares submarinos. También se produce durante las tomografías por emisión de positrones (PET) que los médicos usan para diagnosticar el cáncer.

Achilefu y el primer autor Nalinikanth Kotagiri, MARYLAND, Doctor, un investigador postdoctoral, se centró en una estrategia de imagenología ampliamente utilizada llamada FDG-PET. Con esta técnica, los pacientes se someten a una exploración por TEP después de recibir una dosis intravenosa de moléculas de azúcar marcadas radiactivamente llamadas fluorodesoxiglucosa (FDG). Muchos tumores absorben el azúcar para favorecer su rápido crecimiento. y el flúor radiactivo adjunto hace que esos tumores se iluminen en una tomografía por emisión de positrones, no importa en qué parte del cuerpo se encuentren.

Los investigadores plantearon la hipótesis de que el flúor radiactivo también produciría suficiente radiación de Cerenkov para activar un agente fotosensibilizante si también se pudiera administrar al mismo lugar.

De este modo, FDG podría tener dos propósitos, Continuando con su papel como agente de imágenes y agregando el nuevo trabajo de proporcionar luz para fototerapia, según Kotagiri.

"La FDG es uno de los agentes de imagen más utilizados en el mundo, "Achilefu dijo." Esa es la belleza de este paradigma de tratamiento. Actualmente se utiliza en los hospitales para detectar el cáncer primario y metastásico. Entonces, con FDG como nuestra fuente de luz, necesitábamos encontrar un material que se vuelva tóxico cuando se exponga a la luz que produce ".

Después de analizar varias opciones, los investigadores se centraron en nanopartículas hechas de dióxido de titanio, un mineral con amplias aplicaciones en la medicina y la industria, incluidos los implantes de cadera, protector solar pasta de dientes y aditivos alimentarios. Cuando se expone a la luz, El dióxido de titanio produce radicales libres sin necesidad de oxígeno para la reacción. Para ver si pueden aumentar la potencia de las nanopartículas, los investigadores también agregaron un fármaco llamado titanoceno a la superficie del nanomaterial.

"El titanoceno ha sido aprobado para uso experimental en personas, "Achilefu dijo." Llegó hasta los ensayos clínicos de Fase 2 como agente de quimioterapia. Se encontró que era seguro pero no funcionó tan bien en comparación con un placebo. Todavía, también se sabe que interactúa con la luz de baja intensidad y se descompone en radicales libres. Decidimos ver si podíamos enseñarle a hacer su trabajo de manera diferente:actuar como un fármaco fototerapéutico en lugar de un fármaco quimioterapéutico ".

Para ayudar a las nanopartículas a localizar tumores en ratones, los investigadores también recubrieron las partículas con una proteína llamada transferrina que se une al hierro en la sangre. Como el azúcar, muchos tumores dependen del hierro para crecer. Achilefu señaló que esta proteína de unión al hierro es simplemente un ejemplo de una forma de dirigir las nanopartículas hacia las células cancerosas.

Los investigadores probaron diferentes formulaciones de las nanopartículas y el fármaco contra el cáncer combinados con la fuente de luz FDG en ratones con tumores pulmonares humanos y fibrosarcoma. un tumor del tejido conectivo. Comparando estos ratones con ratones no tratados, probaron las siguientes combinaciones:FDG más nanopartículas que buscan tumores solas (sin fármaco contra el cáncer), FDG más fármaco contra el cáncer que busca tumores solo (sin nanopartículas), y FDG más nanopartículas que buscan tumores que llevan el fármaco contra el cáncer.

Cuando se inyecta en el torrente sanguíneo con FDG, las nanopartículas en busca de tumores que transportaban el fármaco contra el cáncer tuvieron el efecto más significativo. Quince días después del tratamiento, los tumores en los ratones tratados eran ocho veces más pequeños que los de los ratones no tratados.

Los ratones que recibieron FDG más nanopartículas que buscan tumores solo sobrevivieron aproximadamente 30 días en comparación con un promedio de 15 días para los ratones no tratados. También encontraron aproximadamente la misma supervivencia de 30 días para los ratones que recibieron FDG más solo el medicamento contra el cáncer que busca tumores, sin las nanopartículas. La supervivencia aumentó a 50 días para los ratones que recibieron los tres componentes:FDG más las nanopartículas que buscan tumores y que llevan el fármaco contra el cáncer.

"Expuesto a la fuente de luz, las nanopartículas de dióxido de titanio por sí solas pueden matar el cáncer, ", Dijo Achilefu." Pero agregar el fármaco parece mejorar el resultado terapéutico. Los dos juntos producen diferentes tipos de radicales libres que abruman a las células tumorales. Nuestra formulación también usa dosis del medicamento que son mucho más bajas que las que se administrarían para la quimioterapia ".

Kotagiri agregó que los efectos secundarios tóxicos deberían ser mínimos. Tanto la luz como el material fotosensible se dirigen al tumor, y el material no es tóxico a menos que sea activado por la fuente de luz, que debe ocurrir solo en el sitio del tumor.

Achilefu y Kotagiri están planeando un pequeño ensayo clínico en personas para evaluar los componentes fácilmente disponibles de esta estrategia. comenzando con FDG combinado con el fármaco contra el cáncer en investigación.