Las jaulas moleculares creadas por investigadores de Imperial podrían conducir a una administración de medicamentos contra el cáncer más dirigida, provocando una mayor eficacia y menos efectos secundarios.

Muchas drogas, incluidas las terapias contra el cáncer, puede descomponerse en el cuerpo, lo que reduce su eficacia y puede significar que se necesitan más dosis. También pueden causar efectos secundarios cuando dañan tejidos sanos.

Por lo tanto, los investigadores están buscando formas de hacer que los medicamentos sean más específicos, por lo que solo comienzan a actuar cuando llegan a la parte correcta del cuerpo, como el sitio de un tumor canceroso.

Ahora, Investigadores del Departamento de Química del Imperial College de Londres han creado un nuevo tipo de "jaula" para una molécula con propiedades anticancerígenas. La liberación de la molécula de la jaula puede controlarse mediante estímulos externos, como la luz. El estudio se publica hoy en Angewandte Chemie .

Doctor. El estudiante Timothy Kench dijo:"Estamos realmente entusiasmados con el enfoque. Al regular la actividad biológica de las moléculas pequeñas, podemos diseñar terapias mejoradas o estudiar procesos celulares específicos ".

Atrapando moléculas de fármacos

La nueva jaula funciona "atrapando" las moléculas del fármaco dentro de un portador no tóxico que puede transportar el fármaco al sitio requerido antes de su liberación. La jaula consta de grupos moleculares voluminosos que envuelven el fármaco, bloqueando su actividad biológica hasta que se desprendan mediante la aplicación de un disparador.

Para hacer la jaula el equipo utilizó un tipo particular de molécula llamada rotaxano. Los rotaxanos tienen un anillo molecular atrapado en un componente en forma de mancuerna, llamado eje, que tiene grupos de topes en cada extremo para evitar que el anillo se resbale. El anillo actúa como un escudo molecular, bloqueando el acceso al eje y evitando que interactúe con otras moléculas.

Los investigadores diseñaron un rotaxano con un eje que incluye una molécula biológicamente activa que normalmente mata las células cancerosas al interactuar con su ADN. Mientras el anillo está presente, la molécula activa no puede unirse al ADN, apagando su toxicidad.

Sin embargo, cuando se expone a la luz o una enzima específica, un extremo del eje se rompe, liberando el anillo y permitiendo que la molécula activa se una al ADN en las células cancerosas.

Dirigirse al cáncer

La molécula activa incorporada en el rotaxano es particularmente buena para interactuar con un tipo especial de estructura de ADN llamado G-quadruplex (G4). Debido a las funciones biológicas que desempeñan estas estructuras de ADN en las células, se han propuesto como posibles dianas farmacológicas para el cáncer, dando a los científicos la esperanza de que los compuestos que pueden interactuar con G4 puedan usarse en el futuro como nuevos medicamentos contra el cáncer.

Los investigadores primero probaron su nuevo portador de medicamentos de rotaxano utilizando hebras de ADN extraídas de las células y no encontraron ninguna interacción en absoluto. confirmando que el anillo de rotaxano estaba bloqueando el acceso al compuesto activo.

Próximo, probaron su rotaxano en células cancerosas vivas, mostrando primero que el rotaxano cargado con el compuesto activo no era tóxico para estas células en condiciones normales. Cuando se expone a la luz, sin embargo, casi todas las células cancerosas murieron en unas pocas horas, demostrando que el compuesto activo podría liberarse dentro de las células cancerosas diana de una manera altamente controlada.

El seguimiento del rotaxano en las células cancerosas mediante microscopía confocal mostró que antes de brillar la luz permanecía en las partes externas de la célula. que no contienen ADN. Después de que la luz brillara en las celdas, sin embargo, la molécula activa liberada se movió hacia el núcleo, donde se almacena la mayor parte del ADN de las células. Estos experimentos sugirieron que es la unión desencadenada al ADN lo que provocó la muerte de las células cancerosas.

El profesor Ramón Vilar dijo:"Ser capaz de administrar medicamentos en el lugar correcto y en el momento adecuado es un desafío importante en la química médica. Nuestra investigación muestra que es posible lograrlo enjaulando moléculas activas en rotaxanos".

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Si bien la luz es un buen detonante en términos de qué tan bien se puede controlar su ubicación e intensidad, en la práctica, se limitaría a los cánceres de piel o potencialmente a los que se pueden alcanzar dentro del cuerpo con un endoscopio. The researchers are therefore also testing the possibility of releasing the rotaxane ring with specific enzymes, such as those found in abundance only in cancer cells. Dr. Jamie Lewis said:

"'Click reactions, " which were used to prepare these rotaxanes, are easy and modular reactions that join up building blocks, like a molecular Lego kit. This is great because you can 'click' all sorts of different molecules together, making our approach very general and adaptable."

The modularity of their approach would allow researchers to use a different anti-cancer molecule or introduce an alternative mechanism for activation. Effectively, researchers could just choose the components they want and click them together using the same process.