Las nanopartículas ofrecen una forma prometedora de administrar medicamentos contra el cáncer de manera dirigida, ayudando a matar tumores sin afectar el tejido sano. Sin embargo, la mayoría de las nanopartículas que se han desarrollado hasta ahora se limitan a transportar solo uno o dos medicamentos.

Los químicos del MIT han demostrado ahora que pueden empaquetar tres o más medicamentos en un nuevo tipo de nanopartícula, permitiéndoles diseñar terapias de combinación personalizadas para el cáncer. En pruebas en ratones, los investigadores demostraron que las partículas podían administrar con éxito tres fármacos de quimioterapia y encoger los tumores.

En el mismo estudio, que aparece en la edición del 14 de septiembre de la Revista de la Sociedad Química Estadounidense , Los investigadores también demostraron que cuando los medicamentos se administran mediante nanopartículas, no funcionan necesariamente con el mismo mecanismo de daño del ADN que cuando se administran en su forma tradicional.

Eso es significativo porque la mayoría de los científicos generalmente asumen que los medicamentos de nanopartículas funcionan de la misma manera que los medicamentos originales, dice Jeremiah Johnson, el Profesor Asociado de Química Firmenich Career Development y el autor principal del artículo. Incluso si la versión en nanopartículas del fármaco todavía mata las células cancerosas, Es importante conocer el mecanismo de acción subyacente al elegir terapias combinadas y buscar la aprobación regulatoria de nuevos medicamentos. él dice.

"La gente tiende a dar por sentado que cuando se coloca un fármaco en una nanopartícula, es el mismo fármaco, solo en una nanopartícula, "Johnson dice." Aquí, en colaboración con Mike Hemann, llevamos a cabo una caracterización detallada utilizando un ensayo de interferencia de ARN que Mike desarrolló para asegurarnos de que el fármaco sigue impactando en el mismo objetivo en la célula y haciendo todo lo que haría si no estuviera en una nanopartícula ".

Los autores principales del artículo son Jonathan Barnes, un ex postdoctorado del MIT; y Peter Bruno, un postdoctorado en el Instituto Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer del MIT. Otros autores son los estudiantes de posgrado Hung Nguyen y Jenny Liu, ex postdoctorado Longyan Liao, y Michael Hemann, profesor asociado de biología y miembro del Instituto Koch.

Control preciso

La nueva técnica de producción de nanopartículas, que el laboratorio de Johnson informó por primera vez en 2014, difiere de otros métodos que encapsulan fármacos o los unen químicamente a una partícula. En lugar de, el equipo del MIT crea partículas a partir de bloques de construcción que ya contienen moléculas de fármacos. Pueden unir los componentes básicos en una estructura específica y controlar con precisión la cantidad de cada fármaco que se incorpora.

"Podemos tomar cualquier droga, siempre que tenga un grupo funcional [un grupo de átomos que permite que una molécula participe en reacciones químicas], y podemos cargarlo en nuestras partículas exactamente en la proporción que queramos, y hacer que se publique exactamente en las condiciones que deseamos, Johnson dice. Es muy modular.

Una ventaja clave es que este enfoque se puede utilizar para administrar medicamentos que normalmente no se pueden encapsular con los métodos tradicionales.

Usando las nuevas partículas, los investigadores administraron dosis de tres medicamentos de quimioterapia:cisplatino, doxorrubicina, y camptotecina, en concentraciones que serían tóxicas si se administraran por inyección en todo el cuerpo, como suelen ser los fármacos de quimioterapia. En ratones que recibieron este tratamiento, los tumores de ovario se redujeron y los ratones sobrevivieron mucho más tiempo que los ratones no tratados, con pocos efectos secundarios.

"Realizar quimioterapia combinada con estas nuevas nanopartículas de polímero de diseño es un nuevo y emocionante enfoque de la quimioterapia, y esta plataforma de polímero es particularmente prometedora por su capacidad para transportar una gran cantidad de medicamentos y administrarlos de forma activada, manera controlada, "dice Todd Emrick, profesor de ciencia e ingeniería de polímeros en la Universidad de Massachusetts en Amherst que no participó en el estudio.

Mecanismo inesperado

Usando un método desarrollado por el laboratorio de Hemann, Luego, los investigadores investigaron cómo sus medicamentos de nanopartículas afectan a las células. La técnica mide los efectos de los medicamentos contra el cáncer en más de 100 genes que participan en la muerte celular programada que a menudo desencadenan los medicamentos contra el cáncer. Esto permite a los científicos clasificar los fármacos en función de los grupos de genes a los que afectan.

"Los fármacos que dañan el ADN se agrupan en agentes que provocan daños en el ADN, y los fármacos que inhiben las topoisomerasas se agrupan en otra región, "Dice Johnson." Si tiene un medicamento del que no conoce el mecanismo, puede hacer esta prueba y ver si el fármaco se agrupa con otros fármacos cuyas acciones se conocen. Eso le permite hacer una hipótesis sobre lo que está haciendo la droga desconocida ".

Los investigadores encontraron que la camptotecina y la doxorrubicina administradas por nanopartículas funcionaron tal como se esperaba. Sin embargo, cisplatino no lo hizo. El cisplatino normalmente actúa uniendo hebras adyacentes de ADN, causando daños que son casi imposibles de reparar para la celda. Cuando se entrega en forma de nanopartículas, los investigadores encontraron que el cisplatino actúa más como un fármaco diferente a base de platino conocido como oxaliplatino. Esta droga también mata las células, pero por un mecanismo diferente:se une al ADN pero induce un patrón diferente de daño al ADN.

Los investigadores plantean la hipótesis de que después de que el cisplatino se libera de la nanopartícula, a través de una reacción que inicia un grupo conocido como carboxilato, el grupo carboxilato luego se vuelve a unir de una manera que hace que el fármaco actúe más como el oxaliplatino. Muchos otros investigadores unen cisplatino a nanopartículas de la misma manera, por lo que Johnson sospecha que esto podría ser un problema más generalizado.

Su laboratorio ahora está trabajando en una nueva versión de la nanopartícula de cisplatino que funciona de acuerdo con el mismo mecanismo que el cisplatino normal. El equipo también está desarrollando nanopartículas con diferentes combinaciones de medicamentos para probar contra el páncreas y otros tipos de cáncer.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.