Las metástasis cerebrales, como se denominan a estos tumores secundarios, surgen con mayor frecuencia de tumores sólidos como el cáncer de mama, pulmón y colon y, a menudo, se asocian con un mal pronóstico. Cuando el cáncer penetra el cerebro, puede resultar difícil seguir el tratamiento, en parte debido a la barrera hematoencefálica, una membrana casi impenetrable que separa el cerebro del resto del cuerpo.

La nanopartícula del equipo de Sylvester algún día podría usarse para tratar las metástasis con el beneficio adicional de tratar el tumor primario al mismo tiempo, según Shanta Dhar, Ph.D., profesora asociada de Bioquímica y Biología Molecular y subdirectora de Tecnología. e Innovación en Sylvester, quien dirigió el estudio. Es la autora principal de un artículo publicado el 6 de mayo en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences. .

Al cargar la partícula con dos profármacos dirigidos a las mitocondrias, el centro de producción de energía de la célula, los investigadores demostraron que su método podría reducir los tumores de mama y cerebrales en estudios preclínicos.

"Siempre digo que la nanomedicina es el futuro, pero por supuesto ya hemos estado en ese futuro", dijo Dhar, refiriéndose a las vacunas COVID-19 disponibles comercialmente, que utilizan nanopartículas en su formulación. "La nanomedicina es definitivamente también el futuro de la terapia contra el cáncer."

El nuevo método utiliza una nanopartícula hecha de un polímero biodegradable, desarrollado previamente por el equipo de Dhar, junto con dos medicamentos también desarrollados en su laboratorio que apuntan a las fuentes de energía del cáncer. Debido a que las células cancerosas a menudo tienen una forma diferente de metabolismo que las células sanas, sofocar su metabolismo puede ser una forma efectiva de matar tumores sin dañar otros tejidos.

Uno de estos medicamentos es una versión modificada de un medicamento de quimioterapia clásico, el cisplatino, que mata las células cancerosas al dañar el ADN de las células de rápido crecimiento, deteniendo efectivamente su crecimiento. Pero las células tumorales pueden reparar su ADN, lo que a veces conduce a resistencia al cisplatino.

El equipo de Dhar modificó el fármaco para cambiar su objetivo del ADN nuclear, el ADN que forma nuestros cromosomas y genoma, al ADN mitocondrial. Las mitocondrias son las fuentes de energía de nuestras células y contienen sus propios genomas, mucho más pequeños, y, lo que es más importante para fines terapéuticos contra el cáncer, no tienen la misma maquinaria de reparación del ADN que nuestros genomas más grandes.

Debido a que las células cancerosas pueden cambiar entre diferentes fuentes de energía para sostener su crecimiento y proliferación, los investigadores combinaron su cisplatino modificado, al que llaman Platin-M y ataca el proceso de generación de energía conocido como fosforilación oxidativa, con otro fármaco que desarrollaron, Mito-DCA. , que se dirige específicamente a una proteína mitocondrial conocida como quinasa e inhibe la glucólisis, un tipo diferente de generación de energía.

Dhar dijo que era un camino largo para desarrollar una nanopartícula que pudiera acceder al cerebro. Ha estado trabajando en nanopartículas durante toda su carrera independiente, y en un proyecto anterior que estudiaba diferentes formas de polímeros, los investigadores notaron que una pequeña fracción de algunas de estas nanopartículas llegaba al cerebro en estudios preclínicos. Al perfeccionar aún más esos polímeros, el equipo de Dhar desarrolló una nanopartícula que puede cruzar tanto la barrera hematoencefálica como la membrana externa de las mitocondrias.

"Ha habido muchos altibajos para descubrir esto, y todavía estamos trabajando para comprender el mecanismo por el cual estas partículas cruzan la barrera hematoencefálica", dijo Dhar.

Luego, el equipo probó la nanopartícula cargada de fármaco especializado en estudios preclínicos y descubrió que funcionan para reducir tanto los tumores de mama como las células de cáncer de mama que se sembraron en el cerebro para formar tumores allí. La combinación de nanopartículas y fármacos tampoco pareció ser tóxica y prolongó significativamente la supervivencia en estudios de laboratorio.

A continuación, el equipo quiere probar su método en el laboratorio para replicar las metástasis del cerebro humano más estrechamente, tal vez incluso utilizando células cancerosas derivadas del paciente. También quieren probar el fármaco en modelos de laboratorio de glioblastoma, un cáncer cerebral particularmente agresivo.

"Estoy realmente interesado en la química de polímeros y su uso con fines médicos realmente me fascina", dijo Akash Ashokan, estudiante de doctorado de la Universidad de Miami que trabaja en el laboratorio de Dhar y coautor del estudio junto con la estudiante de doctorado Shrita Sarkar. "Es fantástico ver que eso se aplica a las terapias contra el cáncer".