Una combinación de nanopartículas magnéticas y fármacos de quimioterapia logra una mayor eficacia contra las células cancerosas

01/07/2024

La combinación de nanopartículas con campo magnético y fármacos de quimioterapia logra una mayor eficacia contra las células cancerosas. Imagen: Journal of Colloid and Interface Science (Elsevier).

• Investigadores de IMDEA Nanociencia han estudiado los efectos combinados de distintas acciones contra células cancerosas.
• Se han estudiado en líneas celulares de cáncer de mama, úvea, colon, pulmón y páncreas. 
• Este estudio provee información exhaustiva y muy valiosa para el desarrollo de terapias contra el cáncer basadas en fármacos combinados con nanopartículas magnéticas e hipertermia.

Tweet	Instance: Share

Madrid, 1 de julio, 2024. El camino hacia la cura de un cáncer no es único, ya que la enfermedad es una afección extremadamente compleja. En el proceso de eliminación eficaz de un tumor intervienen múltiples factores y por tanto, la posibilidad de disponer de distintas estrategias contra el cáncer es clave.

En un estudio reciente, un grupo de investigadores de IMDEA Nanociencia liderados por el Dr. Gorka Salas y el Dr. Álvaro Somoza proponen la utilización de un nuevo tipo de nanopartículas magnéticas multinúcleo. Esta novedosa estrategia utiliza nanopartículas para las cuales no se han realizado apenas estudios de su eficacia contra el cáncer en entornos fisiológicos. En concreto, en su estudio se analizan los efectos de las nanopartículas multinúcleo en diversas líneas de células de cáncer.

Las nanopartículas multinúcleo son agregados de nanopartículas más pequeñas. La selección de estas nanopartículas multinúcleo se ha hecho en base a que se encuentran entre las que más calientan en los procesos de hipertermia magnética. En un proceso de hipertermia magnética, el material magnético −en este caso las nanopartículas− se someten a un campo magnético alterno que hace ascender su temperatura de forma controlada. Si estas partículas se encontrasen hipotéticamente en el entorno de un tumor, calentarían las células de éste por encima de su temperatura crítica provocando la muerte de las células cancerosas y desactivando el tumor.

El tratamiento de hipertermia magnética es considerado por los expertos, en general, muy apropiado porque utiliza campo magnético, que tiene muy buena penetración en tejidos. Si se eleva la temperatura de las nanopartículas lo suficiente, se puede ayudar a que las células cancerosas mueran de forma controlada. En la actualidad, este tipo de tratamientos están en fase de ensayo clínico en unos pocos centros hospitalarios del mundo. Por ello, la investigación es clave para que tratamientos alternativos puedan llegar a los pacientes y emplearse en todo tipo de tumores.

Combinación de terapias

En su trabajo, los investigadores de los Grupos de Investigación “Nanopartículas magnéticas” y “Ácidos nucleicos y nanopartículas en nanomedicina” de IMDEA Nanociencia han estudiado la eficacia de dos morfologías distintas de nanopartículas en la reducción de la viabilidad de líneas celulares de cáncer. Los cultivos empleados han sido líneas celulares comerciales de diversos tipos de cáncer: páncreas, úvea, pulmón, colon y mama. La utilización de estas líneas celulares brinda la posibilidad a los científicos de cualquier parte del mundo de comparar los resultados de distintos experimentos sobre mismas células, en unas condiciones reproducibles.

Además, los investigadores han ido un paso más allá, añadiendo a la superficie de las nanopartículas dos tipos de moléculas anticancerígenas para potenciar el efecto. Se ha empleado, por un lado, un fármaco de quimioterapia y, por otro lado, microRNAs, que son pequeñas moléculas de ácido ribonucleico (RNA), que en este caso actúan como supresoras de tumores.

El estudio de la viabilidad de las células tumorales es muy exhaustivo y se han comparado todas las posibles combinaciones: nanopartículas sin modificar; modificadas añadiendo o bien un fármaco de quimioterapia, o bien añadiendo microRNAs; o con ambas modificaciones. Y todas las anteriores posibilidades se han estudiado bajo el efecto del calentamiento por hipertermia.

                Nanopartículas multinúcleo

En un estudio de 2012 se probaba que las nanopartículas de tipo multinúcleo –racimos de nanopartículas fuertemente unidas entre sí − eran las mejores entre otras morfologías para generar calor. Se probó que su tasa específica de absorción (SAR, watios liberados por gramo de material) era muy superior al de otro tipo de morfologías. Aunque estos resultados ya tienen un tiempo, a día de hoy todavía no hay muchos estudios sobre su eficacia en supresión de células cancerosas.

El grupo del Dr. Gorka Salas utiliza ahora un nuevo método de síntesis de estas nanopartículas multinúcleo, en unas condiciones más favorables que las reportadas por otros grupos de investigación. Sintetizaron dos tamaños de nanopartículas iniciales, a partir de las cuales se obtuvieron los agregados multinúcleo, de 23 nanómetros, y de tipo ‘nanoflor’, de 56 nanómetros de tamaño. Obtuvieron que las nanopartículas multinúcleo más pequeñas, las de 23 nanómetros, calentaban más rápidamente. Además, su campo coercitivo es más bajo, es decir, son partículas casi superparamagnéticas que no se imanan bajo un campo magnético y no se agregan entre sí. Por ello, seleccionaron este tamaño, más pequeño, de nanopartículas multinúcleo para su posterior estudio.

                Funcionalización con moléculas de quimioterapia y biomoléculas de microRNA

A las nanopartículas seleccionadas se les añadió una nueva función, a través de su modificación con moléculas activas contra el cáncer. El grupo del Dr. Álvaro Somoza empleó dos tipos distintos de moléculas: un fármaco de quimioterapia usado habitualmente en clínica (SN38) y con microRNAs sintetizadas en el propio laboratorio del Prof. Somoza. Los microRNAs son biomoléculas que actúan regulando la expresión de genes al nivel del ARN mensajero. En este caso se preparó un coctel de 4 microRNAs que han mostrado actividad para suprimir tumores.

La unión de estas moléculas a las nanopartículas magnéticas es muy pertinente. Principalmente, se refuerza la acción anticancerígena de las moléculas con el calentamiento por hipertermia magnética. Además, las nanopartículas sirven como vehículo para entregar los microRNAs donde conviene, ya que éstos no son solubles en agua y necesitan un medio de transporte hasta la célula. La liberación de fármacos que están ligados a nanopartículas es más lenta, porque su vida media es mayor, y por tanto se tiene mayor control sobre el proceso. También se reduciría la dosis administrada al paciente,  logrando disminuir los efectos secundarios tras un tratamiento de quimioterapia.

En la investigación del Prof. Somoza, la entrega de las moléculas mediante nanopartículas magnéticas fue muy efectiva porque las nanopartículas fueron internalizadas por las células. Se observó un efecto anticancerígeno en todas las líneas celulares, siendo más acusado en algunos tipos de cáncer como el de páncreas o úvea. El efecto de ambos tipos de moléculas fue similar, aunque se encontraron diferencias en páncreas (menor viabilidad de las células con quimioterapia) y pulmón (menor viabilidad de las células con microRNAs).

El efecto de la hipertermia

Los sistemas biológicos son redes extremadamente complejas, en las que existen multitud de variables que pueden determinar el resultado de un experimento. Por ello, recabar la mayor cantidad de información de experimentos con células, comparando acciones y reproduciendo pruebas, es una labor muy valiosa para diseñar futuros tratamientos contra el cáncer.

El calentamiento de las nanopartículas en un tratamiento de hipertermia depende de la intensidad del campo magnético que se aplica, y de su frecuencia. Las condiciones de intensidad y frecuencia en los experimentos del grupo del Dr. Salas fueron escogidas teniendo en cuenta el límite de confort admitido por humanos. Se encontró que la viabilidad de las células de cáncer era menor cuando se aplicaba el tratamiento de hipertermia, que cuando no se aplicaba. Es decir, el calentamiento de las células hace que sobrevivan menos cantidad de éstas, pasadas 72 horas del tratamiento. Este efecto fue mucho más acusado para las células del cáncer de páncreas que para otros tipos de cáncer, haciendo patente que la viabilidad celular tras la aplicación de hipertermia depende fuertemente de la línea celular considerada.

Los resultados arrojaron que la combinación de las tres terapias, fármacos anticancerígenos, regulación génica mediante microRNAs e hipertermia magnética, daban los mejores resultados. La viabilidad celular se ve, en general, más comprometida cuando se suman los efectos de las dos terapias. El estudio, publicado recientemente en la revista “Journal of Colloid and Interface Science”, expone todos los detalles de este trabajo tan exhaustivo.

En una enfermedad tan compleja como es el cáncer, las soluciones son, por tanto, también complejas. No existe el tratamiento único para una cura completa, pero sí que existe la posibilidad de abordar desde distintos aspectos de la medicina personalizada y la nanomedicina, un tratamiento eficaz para cada tipo de tumor y persona. En la actualidad, la aplicación de nanopartículas contra el cáncer no está extendida en la práctica clínica por diversos motivos. Se necesita una administración intratumoral de las nanopartículas, que permanecerán en el cuerpo luego tras el tratamiento; y todavía no se poseen estudios de su comportamiento a largo plazo. Por el lado bueno, el tratamiento de hipertermia con nanopartículas es un método de “acción física”, para el que es más difícil que se genere resistencia –como ocurre con algunos tratamientos de quimioterapia− y es además trasladable a otros tipos de tumores. Los tratamientos contra el cáncer basados en la nanomedicina personalizada haciendo uso de nanopartículas son muy prometedores, porque entregan los fármacos o el calor terapéutico directamente dentro de las células cancerosas, teniendo un efecto muy preciso.

El trabajo es una colaboración entre investigadores de IMDEA Nanociencia, de los grupos de investigación “Nanopartículas magnéticas” y “Ácidos nucleicos y nanopartículas en nanomedicina”. El trabajo ha sido cofinanciado por el sello Excelencia Severo Ochoa, concedido a IMDEA Nanociencia en 2017 y renovado en 2021.

Referencia:

David García-Soriano, Paula Milán-Rois, Nuria Lafuente-Gómez, Ciro Rodríguez-Díaz, Cristina Navío, Álvaro Somoza, Gorka Salas. Multicore iron oxide nanoparticles for magnetic hyperthermia and combination therapy against cancer cells. Journal of Colloid and Interface Science, 670, 73 (2024). DOI: 10.1016/j.jcis.2024.05.046

Publicación depositada en el Repositorio de IMDEA Nanociencia: https://hdl.handle.net/20.500.12614/3680

Contacto:

Dr. Gorka Salas
https://nanociencia.imdea.org/magnetic-nanoparticles/group-home
www.linkedin.com/in/gorkasalas

Prof. Álvaro Somoza
https://nanociencia.imdea.org/nanobiotechnology/group-home
www.twitter.com/alvarosomoza

Oficina de Divulgación y Comunicación en IMDEA Nanociencia
divulgacion.nanociencia [at]imdea.org
Twitter: @imdea_nano
Facebook: @imdeananociencia
Instagram: @imdeananociencia

Tweet #IMDEAnanoPublications

Fuente: IMDEA Nanociencia.