Los investigadores financiados en parte por el NIBIB han demostrado recientemente que las bacterias magnéticas son un vehículo prometedor para la entrega de medicamentos de manera más eficiente que combaten los tumores. Ellos reportaron sus resultados en la edición de agosto 2016 Naturaleza nanotecnología .
Uno de los mayores retos en la terapia del cáncer es ser capaz de entregar suficiente medicamentos de quimioterapia a los tumores sin exponer a los tejidos sanos a sus efectos tóxicos. Una forma en que los investigadores han tratado de conseguir esto es mediante el desarrollo de nanoportadores-partículas extremadamente pequeñas llenas de drogas. Los nanoportadores están diseñados de modo que sólo están absorbidos por las células cancerosas, evitando de este modo los medicamentos sean absorbidos por los tejidos sanos a medida que viajan a través de la circulación del cuerpo.
Sin embargo, mientras nanoportadores hacen un buen trabajo protegiendo los tejidos sanos, la cantidad de fármaco administrado con éxito a los tumores sigue siendo baja. Las principales razones de esta deficiencia son que nanoportadores se basan en el sistema de circulación para llevarlas al tumor, por lo que un gran porcentaje se filtran fuera del cuerpo antes de llegar a su destino. Además, las diferencias en la presión entre el tumor y su tejido circundante prevenir nanovehículos penetre en el interior del tumor.Como resultado, nanovehículos no son capaces de alcanzar zonas hipóxicas del tumor, que son regiones de la división celular activa que se caracterizan por un bajo contenido de oxígeno.
"Sólo una pequeña proporción de medicamentos llega a las zonas hipóxicas, que se cree que son la fuente de la metástasis. Por lo tanto, dirigida a las regiones pobres en oxígeno es muy probable que disminuya la tasa de metástasis y aumentar al máximo el efecto de una terapia ", dice Sylvain Martel, Ph.D., Director del Laboratorio de nanorobótica Montreal Polytechnique e investigador principal del estudio.
Martel y su equipo de investigación estaban tratando de desarrollar nanoportadores robóticos que podrían viajar a zonas hipóxicas cuando se dieron cuenta de la naturaleza ya puede haber creado uno en forma de una bacteria llamada marinus Magnetococcus o MC-1. Células MC-1 prosperan en aguas profundas donde el oxígeno es escaso. Con el fin de encontrar estas áreas, las bacterias se basan en un sistema de navegación de dos partes. La primera parte consiste en una cadena de nanocristales magnéticos dentro de MC-1 que actúa como una aguja de una brújula y hace que las bacterias a nadar en una dirección norte cuando en el hemisferio norte. La segunda parte consta de sensores que permiten a las bacterias para detectar cambios en los niveles de oxígeno. Este sistema de navegación única ayuda a las bacterias migran hacia y mantienen su posición en áreas de bajos niveles de oxígeno.
Imagen de bacterias magnéticas con vesículas cargadas con fármaco adjunta tomada usando un microscopio electrónico de barrido. Reproducido con permiso de Macmillan Publishers Ltd: NaturalezaNanotecnología de 2016 1
Con el apoyo financiero del NIBIB y otros, equipo de investigación de Martel llevó a cabo una serie de experimentos para demostrar que el sistema de navegación único de la bacteria podría ser aprovechada para entregar de manera más eficiente las drogas a los tumores.
En un experimento inicial, los ratones que habían recibido los tumores colorrectales humanos fueron inyectados con células vivas MC-1, las células MC-1 muertos, o como un grupo de control, las perlas no magnéticas (más o menos del mismo tamaño que las bacterias). La inyección se hizo en el tejido directamente adyacente a los tumores después de que los ratones fueron expuestos a un campo magnético programado por ordenador, la intención de dirigir las células o perlas en el tumor. Tras el examen de los tumores, los investigadores encontraron una penetración mínima de las células bacterianas muertas y las perlas en el tumor, mientras que se encontró que las células bacterianas vivas profundamente dentro del tumor y especialmente en regiones con bajo contenido de oxígeno.
"Cuando llegan dentro del tumor, apagamos el campo magnético y las bacterias dependemos de forma automática en los oxígeno sensores para buscar las áreas hipóxicas," dice Martel. "Les Restringir para el tumor y luego dejar que la naturaleza haga el resto."
A continuación, los investigadores querían ver si las vesículas de fijación cargados de droga a las células afectarían su movimiento en los tumores. Se adjuntan unos 70 vesículas que contienen el fármaco a cada célula bacteriana. Las células se inyectan a continuación en otro grupo de ratones con tumores colorrectales y se expusieron al imán. Después de examinar los tumores de los ratones, los investigadores estiman que en promedio, el 55% de las células bacterianas inyectadas con vesículas unidas hizo en el tumor. A modo de comparación, algunos investigadores estiman que sólo aproximadamente el 2% de los medicamentos entregados a través de nanoportadores actuales hacen en los tumores.
"Este trabajo de prueba de concepto muestra el potencial para aprovechar la maquinaria de la célula intrincado y optimizada de organismos unicelulares como las bacterias", dijo Richard Conroy, Ph.D., director de la División de Ciencias y Tecnología Aplicada de NIBIB. "La posibilidad de dirigir de forma activa y precisa la administración de fármacos a un tumor ayudará a reducir los efectos secundarios y, potencialmente, mejorar la eficacia de los tratamientos."
El siguiente paso para el equipo de Martel es determinar los efectos de las células bacterianas cargadas con fármaco en la reducción de tamaño del tumor. También les gustaría probar si las bacterias se pueden utilizar para administrar otros tipos de medicamentos para combatir el cáncer tales como moléculas que instruyen al sistema inmune para atacar tumores.
Además, el equipo está trabajando para ampliar los tipos de tumores que las bacterias podrían ser utilizados para. Actualmente, las bacterias tienen que ser inyectado muy cerca del tumor, ya que, si se inyecta en las arterias, el flujo sanguíneo excesivo y la distancia necesaria para viajar impactarían el número de bacterias que llegan hasta el tumor. Esto limita el enfoque de administración de fármacos a los cánceres que son fácilmente accesibles como el colorrectal, de próstata, y potencialmente cáncer de mama. Sin embargo, el equipo de Martel ha demostrado en animales que pueden transportar las bacterias a través de las arterias y suficientemente cerca de la tumor por primera encapsulación de los mismos en soportes magnéticos y propulsando ellos por el campo magnético de un escáner de resonancia magnética.Las bacterias pueden ser liberadas de los portadores, como torpedos de un submarino, una vez cerca de la tumor. Este enfoque de múltiples pasos potencialmente podría abrir la puerta para el uso de las bacterias para suministrar fármacos a los tumores más profundos en el cuerpo.
Martel dice que los resultados de las pruebas preliminares de las bacterias en ratones y ratas y el hecho de que las bacterias mueren dentro de los 30 minutos de haber sido inyectado, sugieren que podrían potencialmente ser seguro en humanos.
"Estas bacterias son realmente la máquina perfecta. Se replican, son baratos, y pueden inyectar cientos de millones o más a la vez ", dice Martel.
Esta investigación fue financiada por el Consorcio québecois sur la découverte du médicament (Québec consorcio para el descubrimiento de fármacos - CQDM), Sillas de Investigación de Canadá, las Ciencias Naturales e Ingeniería de Investigación de Canadá (NSERC), la Cátedra de Investigación en nanorobótica de Polytechnique de Montreal, MITACS, la Fundación Canadiense para la Innovación (CFI) y el Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería (EB 007 506). Jewish General Hospital de Montreal, el Centro de Salud de la Universidad McGill (MUHC), el Instituto de Investigación en Inmunología y Cáncer (IRIC), y el Rosalind y el Centro de Investigación del Cáncer Goodman Morris también participó en este trabajo de investigación prometedora
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