Nuevas investigaciones en el tratamiento del cáncer
A continuación se transcribe un interesante artículo reseñado en la revista digital Genética Médica que habla de uno, entre otros muchos trabajos que exploran posibles terapéuticas contra el cáncer.
Nanorobots de ADN para combatir al cáncer
Nanorobots de ADN para combatir al cáncer
Quizás no son los robots
que nos vienen a la mente al pensar en las tres leyes de la robótica de Isaac
Asimov. Pero están diseñados para cumplir órdenes: impedir el aporte de
sangre a los tumores para frenar su crecimiento. Hablamos de los nanorobots de
ADN desarrollados contra el cáncer por investigadores de la Academia China de
Ciencias y la Universidad del Estado de Arizona.
Por qué usar
nanorobots contra el cáncer
En los últimos años la nanomedicina o aplicación de la
nanotecnología a las ciencias de la salud se ha convertido en una de las áreas
más emergentes de la medicina. La nanomedicina tiene como objetivos
prevenir, diagnosticar y tratar enfermedades, a través de, por ejemplo el
desarrollo de nanopartículas programadas para detectar la presencia de
una patología o diseñadas para transportar fármacos al tejido afectado.
Dentro del campo de la
oncología, desde hace un tiempo los investigadores se han planteado cómo
desarrollar nanopartículas que permitieran rastrear y destruir las células
tumorales sin atacar las células normales del organismo. Como en cualquier
guerra, los conceptos de “rastrear y destruir al enemigo” o “combatir al
enemigo” son muy amplios y para llevar a cabo acciones efectivas puede ser más
útil definir una estrategia de acción concreta.
En este caso, los
investigadores plantearon un objetivo simple y concreto para atacar al cáncer:
bloquear el aporte de nutrientes y “matar de hambre” al tumor. ¿Cómo?
Induciendo la coagulación de la sangre en los vasos sanguíneos del tumor mediante
nanopartículas basadas en ADN que llevaran agentes coagulantes a esa zona. Si
la sangre, encargada entre otras funciones de transportar nutrientes y oxígeno
a las células, no puede acceder al tumor, éste no recibe refuerzos para llevar
a cabo su metabolismo. En términos militares, sería algo así como iniciar
un asedio a la ciudad a conquistar y evitar cualquier llegada de refuerzos
desde el exterior.
Si la sangre,
encargada entre otras funciones de transportar nutrientes y oxígeno a las
células, no puede acceder al tumor, éste no recibe refuerzos para llevar a cabo
su metabolismo.Imagen: Jason Drees, Arizona State University.
Cómo usar la
nanotecnología para asediar un tumor
Para llevar a cabo un
asedio a nivel microscópico los investigadores necesitaban diseñar
nanopartículas que cumplieran dos características principales. En primer lugar,
debían reconocer los vasos sanguíneos que nutren al tumor y diferenciar sus
células de las células normales. En segundo lugar, las nanopartículas tenían
que ser capaces de liberar un agente coagulante una vez en su destino.
Los nanorobots basados en ADN que han desarrollado los investigadores reúnen
ambas condiciones.
El ADN está compuesto por
unidades que permiten crear formas diversas con capacidad para plegarse. La
creación de estas formas nanoscópicas es denominada origami de ADN por
los investigadores. Y sus propiedades pueden ser aprovechadas para diseñar
estructuras con agentes terapéuticos en su interior que se despliegan y liberan
estos agentes cuando llegan a su diana.
En este caso, el equipo
desarrolló un tipo de nanorobot constituido por una hoja rectangular de ADN de
90 nanómetros por 60 nanómetros que en su superficie tenía unidas cuatro
moléculas de trombina, una enzima coagulante. Esta lámina de ADN, además,
presentaba la característica de poder plegarse de forma autónoma en
un tubo, de manera que las moléculas de trombina quedaran en su interior.
El equipo desarrolló
un tipo de nanorobot constituido por una hoja rectangular de ADN que contiene
moléculas de trombina. Imagen: Jason Drees, Arizona State University.
Para asegurar que los
nanorobots ejercieran su función únicamente en los tumores, los investigadores
añadieron a la lámina de ADN unas moléculas denominadas aptámeros de ADN. Estas
moléculas reconocen a la proteína nucleolina que es producida en grandes
cantidades por las células endoteliales de los tumores. Además, el
reconocimiento entre los aptámeros de ADN y la nucleolina sirve como
interruptor de activación para los nanorobots.
Así, el mecanismo es el
siguiente: en primer lugar los investigadores inyectan nanorobots de ADN
cargados con trombina en el torrente sanguíneo de animales modelo para el
cáncer; al llegar los vasos sanguíneos que nutren al tumor, los
nanorobots detectan la presencia de la nucleolina gracias a los aptámeros de
ADN y se activan, pasando de la forma cilíndrica a la forma desplegada que deja
expuestas las moléculas de trombina; finalmente, la trombina inicia un proceso
de coagulación que termina bloqueando el flujo de sangre hacia el tumor.
Los nanorobots
detectan la presencia de la nucleolina gracias a los aptámeros de ADN y se
activan, pasando de la forma cilíndrica a la forma desplegada que deja
expuestas las moléculas de trombina. Jason Drees, Arizona State University.
Resultados
prometedores en modelos animales
El tratamiento con
nanorobots no mostró signos de toxicidad en los animales modelo tratados.
Además, el equipo comprobó que 24 horas tras la inyección la concentración de
nanorobots en el organismo había disminuido, lo que significaba que las
nanopartículas podían ser degradadas o eliminadas por el organismo de forma
natural. Otro dato a su favor fue que no se detectaron nanorobots en el
cerebro, lo que podría ocasionar efectos inesperados. La seguridad de los
nanorobots también fue confirmada en cerdos Bama, que muestran mayor similitud
a los humanos que los ratones en cuanto a anatomía y fisiología.
Además, para evaluar su
eficacia frente a tumores en situación in vivo, los investigadores
trataron diversos modelos animales de cáncer con los nanorobots de ADN.
En tan solo 24 horas
tras el tratamiento, el equipo observó la producción de trombosis en los
vasos sanguíneos tumorales y en tres días, todos los vasos sanguíneos de los
tumores analizados habían sido bloqueados.
La coagulación de los
vasos sanguíneos como tratamiento antitumoral mostró mayor efectividad en los
tumores con elevado grado de vascularización, como es el caso del melanoma.
Tres de los ocho ratones modelo para este tipo de cáncer mostraron una
regresión completa de los tumores. En estos animales el tratamiento con nanorobots
también frenó la metástasis. Además, los nanorobots basados en ADN frenaron el
crecimiento tumoral en otros tipos de cáncer, como el cáncer de pulmón.
El futuro de los
nanorobots en oncología
El rendimiento de los
nanorobots basados en ADN como herramienta para combatir el cáncer muestra lo
avanzado que está el campo de la nanomedicina. A la luz de los resultados
obtenidos, publicados en el último número de Nature Biotechnology,
los investigadores responsables buscan en la actualidad colaboradores clínicos
con los que poder hacer avanzar la tecnología.
“Hemos desarrollado el
primer sistema robótico de ADN completamente autónomo para diseñar un fármaco
muy preciso y una terapia contra el cáncer dirigida“, indica Hao Yan,
investigador de la Universidad del Estado de Arizona y uno de los directores
del trabajo. “Además, esta tecnología es una estrategia que puede ser utilizada
en muchos tipos de cáncer, ya que todos los vasos sanguíneos que alimentan a
los tumores sólidos son esencialmente los mismos.”
Como señalan los autores
del artículo, los prometedores resultados de los nanorobots de ADN podrían
inspirar el diseño de nuevos tratamientos contra el cáncer utilizando
diferentes moléculas modificadas para mediar la administración de los
agentes terapéuticos. La combinación de distintos nanorobots de diseño que
transporten agentes variados podría ayudar a erradicar los tumores sólidos y
las metástasis derivadas. E incluso, señalan los investigadores, la
estrategia podría ser modificada como una plataforma de administración de
tratamientos para otras enfermedades.
Investigación
original: Li S, et al. A DNA
nanorobot functions as a cancer therapeutic in response to a molecular trigger
in vivo. Nat Biotech. 2018. Doi: http://dx.doi.org/10.1038/nbt.4071
Fuente: Cancer-fighting nanorobots programmed to seek
and destroy tumors. https://www.eurekalert.org/pub_releases/2018-02/asu-cnp020818.php
Amparo
Tolosa (Doctora en Biología) Genética Médica News
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