La quimioterapia como tratamiento para el cáncer es una de las historias de mayor éxito médico del siglo XX, pero está lejos de ser perfecta. Cualquiera que haya pasado por quimioterapia o que un amigo o un ser querido la haya pasado estará familiarizado con sus numerosos efectos secundarios:pérdida de cabello, náuseas, sistema inmunológico debilitado e incluso infertilidad y daño a los nervios.
Esto se debe a que los medicamentos de quimioterapia son tóxicos. Su objetivo es matar las células cancerosas envenenándolas, pero dado que las células cancerosas se derivan de células sanas y son sustancialmente similares a ellas, es difícil crear un fármaco que las mate sin dañar también el tejido sano.
Pero ahora un par de equipos de investigación de Caltech han creado un tipo completamente nuevo de sistema de administración de medicamentos, uno que, según dicen, finalmente podría brindar a los médicos la capacidad de tratar el cáncer de una manera más específica. El sistema emplea medicamentos que se activan mediante ultrasonido y solo justo donde se necesitan en el cuerpo.
El sistema fue desarrollado en los laboratorios de Maxwell Robb, profesor asistente de química, y Mikhail Shapiro, profesor Max Delbrück de ingeniería química e ingeniería médica e investigador del Instituto Médico Howard Hughes.
En un artículo que aparece en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences , los investigadores muestran cómo combinaron elementos de cada una de sus especialidades para crear la plataforma. El artículo se titula "Control remoto de reacciones mecanoquímicas en condiciones fisiológicas mediante ultrasonido enfocado biocompatible".
Trabajando en colaboración, los dos equipos de investigación unieron vesículas de gas (cápsulas de proteína llenas de aire que se encuentran en algunas bacterias) y mecanóforos (moléculas que sufren un cambio químico cuando se someten a fuerza física). El laboratorio de Shapiro ha utilizado previamente vesículas de gas junto con ultrasonido para obtener imágenes de células individuales y moverlas con precisión.
El laboratorio de Robb, por su parte, ha creado mecanóforos que cambian de color cuando se estiran, lo que los hace útiles para detectar tensiones en las estructuras, y otros mecanóforos que pueden liberar una molécula más pequeña, incluido un fármaco, en respuesta a un estímulo mecánico. Para el nuevo trabajo, idearon una forma de utilizar ondas de ultrasonido como estímulo.
"Llevamos mucho tiempo pensando en esto", dice Robb. "Todo comenzó cuando llegué por primera vez a Caltech y Mikhail y comencé a tener conversaciones sobre los efectos mecánicos del ultrasonido".
Cuando comenzaron a investigar la combinación de mecanóforos y ultrasonido, descubrieron un problema:el ultrasonido podía activar los mecanóforos, pero sólo a una intensidad tan fuerte que también dañaba los tejidos vecinos. Lo que los investigadores necesitaban era una forma de enfocar la energía del ultrasonido justo donde querían. Resultó que la tecnología de vesículas de gas de Shapiro proporcionaba la solución.
En su trabajo anterior, Shapiro aprovechó la tendencia de las vesículas a vibrar o "sonar" como una campana cuando se bombardean con ondas ultrasónicas. Sin embargo, en la investigación actual las vesículas se golpean con tanta fuerza que se rompen, lo que concentra la energía ultrasónica. Las vesículas se convierten efectivamente en pequeñas bombas cuyas explosiones activan el mecanóforo.
"La aplicación de fuerza a través de ultrasonido generalmente depende de condiciones muy intensas que desencadenan la implosión de pequeñas burbujas de gas disueltas", dice Molly McFadden, Ph.D., coautora del estudio. "Su colapso es la fuente de fuerza mecánica que activa el mecanóforo. Las vesículas tienen una mayor sensibilidad al ultrasonido. Usándolas, descubrimos que se puede lograr la misma activación del mecanóforo con un ultrasonido mucho más débil".
Yuxing Yao, investigador postdoctoral asociado en el laboratorio de Shapiro, dice que esta es la primera vez que el ultrasonido enfocado ha podido controlar una reacción química específica en un entorno biológico.
"Anteriormente, los ultrasonidos se utilizaban para perturbar o mover cosas", dice Yao. "Pero ahora nos está abriendo un nuevo camino utilizando la mecanoquímica".
Hasta ahora, la plataforma sólo se ha probado en condiciones controladas de laboratorio, pero en el futuro los investigadores planean probarla en organismos vivos.
Más información: Yuxing Yao et al, Control remoto de reacciones mecanoquímicas en condiciones fisiológicas mediante ultrasonido enfocado biocompatible, Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2023). DOI:10.1073/pnas.2309822120. www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2309822120
Información de la revista: Actas de la Academia Nacional de Ciencias
Proporcionado por el Instituto de Tecnología de California
