Glioblastoma multiforme, un cáncer de cerebro también conocido como "tumores de pulpo" debido a la forma en que las células cancerosas extienden sus zarcillos hacia el tejido circundante, es virtualmente inoperable, resistente a las terapias, y siempre fatal, generalmente dentro de los 15 meses posteriores al inicio. Cada año, El glioblastoma multiforme (GBM) mata aproximadamente a 15, 000 personas en los Estados Unidos. Uno de los principales obstáculos para el tratamiento es la barrera hematoencefálica, la red de vasos sanguíneos que permite que los nutrientes esenciales entren al cerebro pero bloquea el paso de otras sustancias. Lo que se necesita desesperadamente es un medio para transportar eficazmente los fármacos terapéuticos a través de esta barrera. Un experto en nanociencia del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) puede tener la solución.

Ting Xu, un científico de polímeros de la División de Ciencias de los Materiales de Berkeley Lab que se especializa en el autoensamblaje de materiales híbridos bio / nano, ha desarrollado una nueva familia de nanoportadores formada a partir del autoensamblaje de péptidos y polímeros anfifílicos. Llamado "3HM" para micelas de 3 hélices en espiral, Estos nuevos nanoportadores cumplen con todos los requisitos de tamaño y estabilidad para administrar eficazmente un fármaco terapéutico a los tumores GBM. Los anfífilos son compuestos químicos que presentan propiedades hidrofílicas (amantes del agua) y lipofílicas (amantes de las grasas). Las micelas son agregados esféricos de anfífilos.

En una reciente colaboración entre Xu, Katherine Ferrara de la Universidad de California (UC) Davis, y John Forsayeth y Krystof Bankiewicz de UC San Francisco, Se probaron nanoportadores 3HM en tumores GBM en ratas. Usando la forma radiactiva de cobre (cobre-64) en combinación con tomografía por emisión de positrones (PET) e imágenes por resonancia magnética (MRI), La colaboración demostró que 3HM puede cruzar la barrera hematoencefálica y acumularse dentro de los tumores GBM a casi el doble de la tasa de concentración de los nanoportadores aprobados por la FDA.

"Nuestros nanoportadores 3HM muestran muy buenos atributos para el tratamiento de cánceres de cerebro en términos de circulación prolongada, penetración profunda del tumor y baja acumulación en órganos fuera del objetivo, como el hígado y el bazo, "dice Xu, quien también tiene una cita conjunta con los Departamentos de Ciencias e Ingeniería de Materiales de UC Berkeley, y Química. "El hecho de que 3HM pueda cruzar la barrera hematoencefálica de ratas portadoras de GBM y acumularse selectivamente dentro del tejido tumoral, abre la posibilidad de tratar la MBG mediante la administración de fármacos por vía intravenosa en lugar de medidas invasivas. Si bien todavía hay mucho que aprender sobre por qué 3HM puede hacer lo que hace, hasta ahora todos los resultados han sido muy positivos ".

Las células gliales brindan apoyo físico y químico a las neuronas. Aproximadamente el 90 por ciento de todas las células del cerebro son células gliales que, a diferencia de las neuronas, someterse a un ciclo de nacimiento, diferenciación, y mitosis. Pasar por este ciclo hace que las células gliales sean vulnerables a volverse cancerosas. Cuando lo hacen como sugiere el nombre "multiforme", pueden tomar diferentes formas, lo que a menudo dificulta la detección hasta que los tumores son peligrosamente grandes. Las múltiples formas de una célula glial cancerosa también dificultan la identificación y localización de todos los zarcillos de la célula. La eliminación o destrucción de la masa tumoral principal dejando intactos estos zarcillos es una terapia ineficaz:como la mítica Hydra, de los zarcillos brotarán nuevos tumores.

Aunque existen medicamentos terapéuticos aprobados por la FDA para el tratamiento de GBM, estos tratamientos han tenido poco impacto en la tasa de supervivencia del paciente porque la barrera hematoencefálica ha limitado la acumulación de agentes terapéuticos dentro del cerebro. Típicamente, Las terapias GBM se transportan a través de la barrera hematoencefálica en liposomas especiales que tienen un tamaño de aproximadamente 110 nanómetros. Los nanoportadores 3HM desarrollados por Xu y su grupo tienen solo unos 20 nanómetros de tamaño. Su tamaño más pequeño y su estructura jerárquica única permitieron a los nanoportadores 3HM un acceso mucho mayor a los tumores GBM de rata que los liposomas de 110 nanómetros en las pruebas realizadas por Xu y sus colegas.

"3HM es un producto de la investigación básica en la interfaz de la ciencia de los materiales y la biología, "Dice Xu." Cuando empecé en Berkeley, Exploré nanomateriales híbridos basados ​​en proteínas, péptidos y polímeros como una nueva familia de biomateriales. Durante el proceso de comprensión del ensamblaje jerárquico de conjugados anfifílicos de péptido-polímero, mi grupo y yo notamos un comportamiento inusual de estas micelas, especialmente su estabilidad cinética inusual en el rango de tamaño de 20 nanómetros. Analizamos las necesidades críticas de los nanoportadores con estos atributos e identificamos el tratamiento del cáncer de GBM como una aplicación potencial ".

El cobre-64 se utilizó para etiquetar nanoportadores de liposomas y 3HM para estudios sistemáticos de PET y MRI para descubrir cómo el tamaño de un nanoportador podría afectar la farmacocinética y la biodistribución en ratas con tumores GBM. Los resultados no solo confirmaron la efectividad de 3HM como recipientes de entrega GBM, también sugieren que las imágenes de PET y MRI de la distribución de nanopartículas y la cinética del tumor pueden usarse para mejorar el diseño futuro de nanopartículas para el tratamiento de GBM.

"Pensé que nuestros materiales híbridos 3HM podrían brindar nuevas oportunidades terapéuticas para GBM, pero no esperaba que sucediera tan rápido, "dice Xu, a quien se le ha otorgado una patente para la tecnología 3HM.