Las nanopartículas en el tratamiento del cáncer

Blog original en ingles por EHPURDY
Traducido por Joel Hernandez

Editado por Becky Rodriguez

Aunque la nanomedicina puede parecer como algo que se ve en una película de ciencia ficción, ya se está utilizando para el tratamiento un amplio espectro de enfermedades humanas. Actualmente se están desarrollando las nanopartículas magnéticas como un nuevo tipo prometedor del tratamiento del cáncer que utiliza las nanopartículas para calentar selectivamente los tumores a temperaturas suficientemente altas para matar las células cancerosas sin dañar las células sanas.1 Esto destruye los tumores, así como el sistema inmunológico se activa para atacar otras células cancerosas en todo el cuerpo.

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Un ferrofluido que forma picos cuando se aproxima a un imán. (Imagen por Steve Jurvetson)

Este intrigante tratamiento nuevo se llama hipertermia mediada magnéticamente (“MMH” por sus siglas en inglés). La hipertermia, que significa temperatura alta, se ha propuesto a lo largo de la historia como una forma de tratar muchas enfermedades. Hipócrates (un médico griego conocido como el padre de la medicina occidental – el Juramento Hipocrático lleva su nombre) dijo, “las enfermedades que los medicamentos no curan, el cuchillo cura; las que el cuchillo no puede curar, las cura el fuego; las que el fuego no puede curar, deben considerarse completamente intratables”. El problema, sin embargo, es que las células deben ser calentadas a 43 °C (109 °F) para ser destruidas.1 Por supuesto, ya que nuestra temperatura corporal normal es 37 °C (98.6 °F), un cuerpo humano no se puede calentar a ese grado sin consecuencias indeseables. Esto significa que para poder usar la hipertermia, los médicos tienen que ser capaces de calentar selectivamente sólo las células que quieren matar, dejando intactas todas las otras partes del cuerpo.

Aquí entran las nanopartículas.

Existe un tipo de fluido magnético, conocido como ferrofluido, que está hecho de partículas de óxido de hierro (comúnmente magnetita2) y miden menos de 100 nm de tamaño. Estos ferrofluidos se llaman superparamagnéticos. Esto se significa que no se magnetizan hasta que se les aplique un campo magnético externo. Un ferrofluido parece líquido regular hasta que se aproxima a un imán, cuando de repente se organiza en picos y valles únicos (vea la Figura 1).

Debido al tamaño de las nanopartículas, el ferrofluido puede ser inyectado directamente en las células cancerosas y se propagará a través de un tumor sin dispersarse ampliamente alrededor del cuerpo. A continuación, se aplica al paciente un campo magnético alterno. Este campo magnético alterno crea pequeñas corrientes que atraviesan el ferrofluido, y emiten calor debido a la resistencia. Piense en su cargador de teléfono celular que calienta cuando está en uso – esta es una idea similar excepto que el calor se utiliza como energía en lugar de desperdiciar el calentamiento al aire o los muebles alrededor de su cargador.

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Cualquier calor generado por las corrientes de su teléfono celular mientras carga usualmente disipa en el ambiente alrededor. (Imagen por Ed Gregory)

A una cierta temperatura llamada el Punto Curie, el ferrofluido vuelve a desordenarse y deja de calentarse. Este fenómeno hace que las nanopartículas se autorregulen: la hipertermia se apaga esencialmente cuando las nanopartículas alcancen su Punto de Curie. Mediante el uso de materiales diseñados con Puntos Curie a una temperatura máxima segura 50-70 °C (122-158 °F), los médicos no tienen que vigilar de cerca la temperatura interna del paciente durante todo el tratamiento.

La hipertermia mediada magnéticamente se puede usar para tratar tumores locales, pero también aumenta el sistema inmunológico para detectar y destruir células distantes. Esto se debe a que las células cancerosas producen más proteínas de choque térmico (“HSP” por sus siglas en inglés) que las células normales. Los HSP ayudan a reparar las proteínas dañadas cuando las células se exponen a altas temperaturas o toxinas. Cuando las células cancerosas se calientan a altas temperaturas de la hipertermia mediada magnéticamente, producen HSPs en grandes cantidades. Los HSPs unen a antígenos (moléculas o proteínas que activan una respuesta inmune) al mismo tiempo. Cuando algunas células son destruidas por el calor, sus HSPs y antígenos se liberan en el cuerpo. Eso luego atrae a las células del sistema inmunológico, que interactúan con el complejo HSP-antígeno y lo utiliza para cazar otras células cancerosas que no fueran dañadas por el calentamiento inicial2.

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Un ejemplo de una proteína de choque térmico (HSP por sus siglas en inglés) (Imagen por Emw)

Las nanopartículas también se pueden utilizar para combinar la hipertermia con otros tratamientos contra el cáncer como la quimioterapia. Pequeñas moléculas llamadas ligandos pueden recubrir la superficie de una nanopartícula para selectivamente destinar a receptores o enzimas en ciertas células cancerosas. Los ligandos mejoran la estabilidad de nanopartículas magnéticas en materiales biológicos y también se pueden usar para dirigir los fármacos de quimioterapia a los tumores. Por ejemplo, las nanopartículas magnéticas cargadas negativamente y las moléculas de cisplatino cargadas positivamente (un fármaco de quimioterapia) se atraen entre sí para formar un complejo de nanopartícula-fármaco. Una vez que este complejo de nanopartículas-fármacos esté dirigido a las células cancerosas, se aplica un campo magnético alterno. ¡El calor producido mata las células cancerosas y libera los fármacos de las nanopartículas directamente dentro de las células cancerosas! Los estudios demuestran que la hipertermia y la quimioterapia son significativamente más eficaces en combinación que cuando se usan por separado1.

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Los cristales de cisplatino (no adheridos a ninguna nanopartícula) (Imagen sacada del Instituto Nacional del Cáncer)

La parte realmente emocionante del tratamiento MMH es que se ha demostrado que es eficaz con mínimos efectos secundarios. En los estudios con animales, así como los ensayos de fase I y II en seres humanos, el MMH ha matado tumores en tipos de cáncer que suelen ser extremadamente difíciles de tratar, como glioblastoma (un tipo de cáncer cerebral), con sólo efectos secundarios menores. La piel junto a los tumores se calienta ligeramente durante el tratamiento, pero de lo contrario, muchos tipos de nanopartículas magnéticas tienen baja toxicidad3. Además, los fármacos de quimioterapia dirigidos a las células cancerosas por nanopartículas causan menos daño a las células sanas1. En general, se considera que los beneficios potenciales de MMH recompensan los efectos secundarios, y MMH es un tratamiento aceptable según las consideraciones éticas médicas3.

Se necesitan más investigaciones sobre los efectos de la aplicación de campos magnéticos a los seres humanos, así como maneras de utilizar menos nanopartículas mientras alcanzando temperaturas más altas4. Algunos materiales tienen mayor capacidad de calentamiento que otros, lo cual es bueno siempre que los materiales no sean tóxicos y también que sean biocompatibles. A pesar de estos obstáculos, MMH ha sido aprobado para su uso en Alemania para tratar el cáncer cerebral bajo el nombre de terapia MagForce NanoTherm™1. Esta nueva tecnología es muy prometedora para el tratamiento del cáncer, especialmente cuando se combina con los tratamientos ya en uso.


RECURSOS EDUCATIVOS


REFERENCIAS

  1. Etheridge, M. L. Understanding the Benefits and Limitations of Magnetic Nanoparticle Heating for Improved Applications in Cancer Hyperthermia and Biomaterial Cryopreservation. Dissertation, University of Minnesota – Twin Cities, 2013.
  2. Kobayashi, T., Ito, A., & Honda, H. Magnetic Nanoparticle-Mediated Hyperthermia and Induction of Anti-Tumor Immune Responses. Chapter in Hyperthermic Oncology from Bench to Bedside, pp. 137-150. Springer Singapore, 2016. doi: 1007/978-981-10-0719-4_13
  3. Müller, S. Magnetic fluid hyperthermia therapy for malignant brain tumors—an ethical discussion. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, 2009, 5 (4) 387–393. doi: 1016/j.nano.2009.01.011
  4. Zhao, L.-Y. et al. Magnetic-mediated hyperthermia for cancer treatment:
  5. Research progress and clinical trials. Chinese Physics B, 2013, 22 (10) 108104. doi: 1088/1674-1056/22/10/108104

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