Microburbujas dirigidas al cáncer hacen que las células tumorales se autodestruyan

Muchas terapias prometedoras fracasan porque sus moléculas son demasiado grandes para entrar en las células con eficacia o causan efectos nocivos en los tejidos sanos.

Ahora, los investigadores han desarrollado una técnica basada en ultrasonidos que utiliza microburbujas para abrir temporalmente las membranas celulares, lo que permite la administración dirigida de fármacos oncológicos de gran tamaño directamente a las células tumorales.

Un equipo de investigación de la Universidad de Duke (Durham, Carolina del Norte, EE. UU.) ha desarrollado una plataforma de administración denominada Nanoadministración intracelular precisa asistida por sonoporación, o SonoPIN. Este método combina ultrasonidos y microburbujas diseñadas para crear pequeñas aberturas temporales en las membranas celulares, permitiendo que moléculas terapéuticas de gran tamaño entren en las células cancerosas objetivo.

Los investigadores probaron este enfoque utilizando una clase de fármacos oncológicos emergentes conocidos como quimeras dirigidas a la proteólisis (PROTAC). Estas moléculas actúan uniéndose a proteínas específicas relacionadas con la enfermedad y reclutando enzimas que marcan dichas proteínas para su destrucción a través del sistema natural de degradación de proteínas de la célula.

En las células cancerosas, los PROTAC pueden atacar la proteína BRD4, que desempeña un papel importante en el crecimiento y la supervivencia del tumor. La destrucción de esta proteína interrumpe la capacidad de las células cancerosas para reproducirse y sobrevivir, provocando así su muerte.

Sin embargo, las moléculas de PROTAC son relativamente grandes y suelen tener dificultades para entrar en las células. Para superar este obstáculo, los investigadores unieron microburbujas a las células cancerosas mediante cadenas de ácido nucleico sintético diseñadas para reconocer receptores específicos presentes en las células tumorales.

Cuando se exponen al ultrasonido, las microburbujas colapsan rápidamente, generando fuerzas mecánicas localizadas que crean poros nanoscópicos en las membranas celulares cercanas. Estas aperturas temporales permiten que las moléculas PROTAC ingresen en las células objetivo antes de que las membranas se vuelvan a sellar rápidamente. En experimentos de laboratorio, los investigadores optimizaron la intensidad y la frecuencia del ultrasonido para lograr una administración eficiente

Los hallazgos, publicados en Proceedings of the National Academy of Sciences, demostraron que las células cancerosas expuestas a la plataforma SonoPIN absorbieron significativamente más moléculas de PROTAC, brillando siete veces más que las células tratadas con métodos de administración convencionales cuando se unieron marcadores fluorescentes a los fármacos.

El método de administración dirigida produjo resultados notables en experimentos de laboratorio. Aproximadamente el 50 % de las células cancerosas expuestas al sistema se autodestruyeron, mientras que el 99 % de las células sanas cercanas no afectadas permanecieron viables.

Dado que la técnica se basa en la administración mecánica en lugar de mecanismos de captación biológica, podría permitir la administración de moléculas terapéuticas de gran tamaño que, de otro modo, tendrían dificultades para penetrar las membranas celulares. Esto podría ampliar el abanico de fármacos que se pueden utilizar para tratar cánceres difíciles, al tiempo que se reducen los efectos secundarios nocivos.

El equipo de investigación planea probar la tecnología en modelos animales para evaluar su rendimiento en sistemas vivos. Los científicos también han solicitado una patente para la plataforma. Si los estudios futuros resultan exitosos, este método podría consistir en inyectar microburbujas dirigidas a tumores y moléculas terapéuticas en el torrente sanguíneo, dirigiendo ondas de ultrasonido a ubicaciones específicas del tumor. Esto permitiría a los médicos administrar tratamientos potentes y precisos a las células cancerosas, minimizando el daño a los tejidos sanos.

"Dado que SonoPIN se basa en un método de administración mecánica en lugar de la fagocitosis biológica, teóricamente podría administrar fármacos de casi cualquier tamaño", afirmó Tony Jun Huang, profesor distinguido William Bevan de Ingeniería Mecánica y Ciencia de los Materiales en la Universidad de Duke. "También nos entusiasmaría ver cómo se comporta con fármacos como los grandes complejos de edición genética".

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Universidad de Duke