La quimioterapia ha sido la columna vertebral del tratamiento del cáncer durante décadas, pero es conocido por su toxicidad para las células sanas, efectos secundarios graves, y mala focalización de los tumores previstos. Los esfuerzos para mejorar la eficacia y la tolerabilidad de la quimioterapia incluyen el empaquetado de medicamentos en nanopartículas, que puede protegerlos de la degradación en el cuerpo, controlar su patrón de liberación, y proteger al paciente de algunos de los efectos secundarios del fármaco. Sin embargo, Hasta ahora, las nanopartículas no han mostrado una acumulación significativa en los sitios de destino. incluso cuando están diseñados con proteínas de superficie diseñadas para unirse a tejidos específicos, en gran parte porque el hígado y el bazo los eliminan rápidamente de la sangre.

Ahora, una nueva técnica llamada ELeCt (quimioterapia con eritrocitos) desarrollada en el Instituto Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica de Harvard y la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson (SEAS) tiene como objetivo resolver esos problemas utilizando el antiguo truco del Caballo de Troya para contrabandear drogas nanopartículas cargadas en el tejido pulmonar canceroso montándolas en los propios glóbulos rojos del cuerpo (eritrocitos). Cuando los glóbulos rojos se aprietan a través de los diminutos capilares del pulmón, las nanopartículas se cortan y son absorbidas por las células pulmonares con un éxito diez veces mayor que las nanopartículas que flotan libremente, y mejoró drásticamente la supervivencia de ratones con metástasis de cáncer de pulmón. La investigación se informa en Avances de la ciencia .

"El 30-55% de los pacientes con cáncer avanzado tienen metástasis en el pulmón, debido a su gran cantidad de capilares, y actualmente no existe ningún tratamiento para la metástasis pulmonar propiamente dicha, "dijo el co-primer autor Zongmin Zhao, Doctor., becario postdoctoral en el laboratorio de Samir Mitragotri en el Wyss Institute y SEAS. "ELeCt explota esos mismos vasos sanguíneos para administrar de manera efectiva medicamentos que combaten la metástasis pulmonar, y tiene un gran potencial para convertirse en un tratamiento clínico ".

Para crear el sistema ELeCt, Zhao y sus colaboradores cargaron doxorrubicina, un fármaco común de quimioterapia contra el cáncer, en diminutas nanopartículas compuestas por un polímero biodegradable llamado PLGA. Luego incubaron las nanopartículas con eritrocitos humanos y de ratón, y descubrió que se unían a las superficies de las células con alta eficiencia y sin dañarlas, permitiendo que la dosis del fármaco transportada por los eritrocitos se ajuste para adaptarse a las diferentes dosis requeridas.

A continuación, el equipo sometió nanopartículas unidas a eritrocitos a un esfuerzo cortante in vitro correspondiente al pulmón para simular las condiciones que encuentran los eritrocitos cuando se aprietan a través de los capilares pulmonares. y observó que> El 75% de las nanopartículas se desprendieron de células humanas y de ratón. Luego inyectaron eritrocitos de ratón cargados con la construcción ELeCt en las venas de ratones vivos con melanoma que habían hecho metástasis en sus pulmones. y encontró un notable contenido de fármaco 16 veces mayor en los pulmones después de 20 minutos en comparación con los ratones que habían recibido nanopartículas gratis. Una parte sustancial de las nanopartículas depositadas penetraron profundamente en los tumores metastásicos, sugiriendo que este método de administración de fármacos es más preciso y eficaz que los métodos existentes.

"El efecto secundario más grave de la doxorrubicina en humanos es la cardiotoxicidad, y basándonos en nuestros experimentos, ELeCt puede garantizar que una mayor parte del fármaco termine en los pulmones en lugar de en el corazón, "dijo el co-primer autor Anvay Ukidve, estudiante de posgrado en el laboratorio de Mitragotri en SEAS. "Este avance podría reducir significativamente el peligro para los pacientes con cáncer que reciben este medicamento, y aumentar su eficacia contra los tumores pulmonares ".

Para confirmar esa sospecha, El equipo monitoreó el grado de metástasis en los pulmones de ratones con enfermedad en etapa temprana que recibieron ELeCt en comparación con los que recibieron nanopartículas gratis. y vio que la metástasis se inhibió casi por completo en todos los ratones que recibieron ELeCt en el transcurso de 23 días, una mejora de 300 veces sobre el estado de los ratones inyectados con nanopartículas libres. ELeCt también mejoró la supervivencia de los ratones tratados en 32 días, mientras que los ratones tratados con nanopartículas libres sobrevivieron apenas 3 días más. Cuando repitieron el experimento con ratones que tenían la enfermedad en etapa tardía, su supervivencia se extendió por 9 días con ELeCt mientras que las nanopartículas libres no produjeron ningún beneficio de supervivencia.

Además, Todos los ratones tratados con ELeCt mantuvieron un peso corporal saludable, mientras que los ratones que recibieron una inyección de fármaco libre experimentaron una pérdida de peso significativa. sugiriendo que los efectos secundarios de la doxorrubicina también fueron mitigados por ELeCt. Los investigadores también demostraron que otros medicamentos de quimioterapia podrían cargarse en las nanopartículas y unirse a los eritrocitos. incluyendo paclitaxel, docetaxel, metotrexato, y una combinación de 5-fluorouracilo y metotrexato.

"Nuestro sistema ELeCt proporciona simultáneamente soluciones a una serie de problemas que afectan a los tratamientos de quimioterapia actuales, incluyendo efectos secundarios tóxicos, altas dosis requeridas, bajos niveles de penetrancia en los tejidos diana, rápida eliminación del cuerpo, y liberación prematura de un fármaco a partir de nanopartículas, "dijo el autor correspondiente Mitragotri, quien es un miembro de la Facultad Central en el Instituto Wyss, así como el Profesor Hiller de Bioingeniería y el Profesor Hansjörg Wyss de Ingeniería de Inspiración Biológica en SEAS.

Otros estudios intentarán desentrañar los mecanismos de unión de las nanopartículas a los glóbulos rojos, de modo que se pueda ajustar la cantidad de cizallamiento necesaria para eliminarlos (y, por lo tanto, la dosis del fármaco administrado). El equipo también planea determinar el programa de dosificación ideal para maximizar la inhibición de la metástasis, así como la capacidad de ELeCt para tratar la metástasis pulmonar derivada de pacientes humanos. un paso fundamental hacia la traducción de la plataforma ELeCt en una herramienta clínica para el tratamiento del cáncer.

"Esta tecnología representa potencialmente un gran avance en términos de aumentar la eficacia y disminuir la toxicidad de las quimioterapias contra el cáncer existentes. También es un gran ejemplo de avances médicos que se pueden lograr al aprovechar las ventajas biológicas, en este caso celular, sistemas de suministro que la naturaleza ya ha optimizado durante miles de años de evolución, "dijo el director fundador del Instituto Wyss, Donald Ingber, MARYLAND., Doctor., quien también es el profesor Judah Folkman de Biología Vascular en la Facultad de Medicina de Harvard, el Programa de Biología Vascular del Boston Children's Hospital, y Catedrático de Bioingeniería en SEAS.