Los pacientes con cáncer en etapa avanzada a menudo tienen que soportar múltiples rondas de diferentes tipos de tratamiento, lo que puede causar efectos secundarios no deseados y no siempre ayudar. Con la esperanza de ampliar las opciones de tratamiento para esos pacientes, los investigadores del MIT han diseñado partículas diminutas que se pueden implantar en el lugar del tumor, donde administran dos tipos de terapia: calor y quimioterapia.
Este enfoque podría evitar los efectos secundarios que a menudo ocurren cuando la quimioterapia se administra por vía intravenosa, y el efecto sinérgico de las dos terapias puede extender la vida del paciente más que si se administra un tratamiento a la vez. En un estudio con ratones, los investigadores demostraron que esta terapia eliminó por completo los tumores en la mayoría de los animales y prolongó significativamente su supervivencia.
“Uno de los ejemplos en los que esta tecnología en particular podría ser útil es tratar de controlar el crecimiento de tumores de crecimiento muy rápido”, dice Ana Jaklenec, investigadora principal del Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer del MIT. “El objetivo sería conseguir cierto control sobre estos tumores para los pacientes que realmente no tienen muchas opciones, y esto podría prolongar su vida o al menos permitirles tener una mejor calidad de vida durante este período”.
Jaklenec es uno de los autores principales del nuevo estudio, junto con Angela Belcher, profesora de Ingeniería Biológica y Ciencia e Ingeniería de Materiales de James Mason Crafts y miembro del Instituto Koch, y Robert Langer, profesor del Instituto MIT y miembro del Instituto Koch. Maria Kanelli, ex investigadora postdoctoral del MIT, es la autora principal del artículo, que aparece en la revista ACS Nano.
Doble terapia
Los pacientes con tumores avanzados suelen someterse a una combinación de tratamientos, que incluyen quimioterapia, cirugía y radiación. La fototerapia es un tratamiento más nuevo que implica implantar o inyectar partículas que se calientan con un láser externo, lo que aumenta su temperatura lo suficiente como para matar las células tumorales cercanas sin dañar otros tejidos.
Los enfoques actuales de la fototerapia en ensayos clínicos utilizan nanopartículas de oro, que emiten calor cuando se exponen a la luz infrarroja cercana. El equipo del MIT quería encontrar una forma de administrar fototerapia y quimioterapia juntas, ya que pensaban que podría facilitar el proceso de tratamiento para el paciente y también podría tener efectos sinérgicos. Decidieron utilizar un material inorgánico llamado sulfuro de molibdeno como agente fototerapéutico. Este material convierte la luz láser en calor de manera muy eficiente, lo que significa que se pueden utilizar láseres de baja potencia.
Para crear una micropartícula que pudiera administrar ambos tratamientos, los investigadores combinaron nanoláminas de disulfuro de molibdeno con doxorrubicina, un fármaco hidrófilo, o violaceína, un fármaco hidrófobo. Para crear las partículas, el disulfuro de molibdeno y el quimioterapéutico se mezclan con un polímero llamado policaprolactona y luego se secan hasta formar una película que se puede prensar para formar micropartículas de diferentes formas y tamaños.
Para este estudio, los investigadores crearon partículas cúbicas con un ancho de 200 micrómetros. Una vez inyectadas en el sitio del tumor, las partículas permanecen allí durante todo el tratamiento. Durante cada ciclo de tratamiento, se utiliza un láser externo de infrarrojo cercano para calentar las partículas. Este láser puede penetrar hasta una profundidad de unos pocos milímetros o centímetros, con un efecto local sobre el tejido.
“La ventaja de esta plataforma es que puede actuar a demanda de forma pulsátil”, dice Kanelli. “Se administra una vez a través de una inyección intratumoral y luego, utilizando una fuente láser externa, se puede activar la plataforma, liberar el fármaco y, al mismo tiempo, lograr la ablación térmica de las células tumorales”.
Para optimizar el protocolo de tratamiento, los investigadores utilizaron algoritmos de aprendizaje automático para determinar la potencia del láser, el tiempo de irradiación y la concentración del agente fototerapéutico que daría los mejores resultados. Eso los llevó a diseñar un ciclo de tratamiento láser que dura unos tres minutos. Durante ese tiempo, las partículas se calientan a unos 50°C, que es lo suficientemente caliente como para matar las células tumorales. También a esta temperatura, la matriz de polímero dentro de las partículas comienza a derretirse, liberando parte del fármaco de quimioterapia contenido en la matriz.
“Este sistema láser optimizado mediante aprendizaje automático realmente nos permite implementar quimioterapia localizada de dosis baja aprovechando la penetración profunda de la luz infrarroja cercana en el tejido para una terapia fototérmica pulsátil a demanda. Este efecto sinérgico da como resultado una baja toxicidad sistémica en comparación con los regímenes de quimioterapia convencionales”, afirma Neelkanth Bardhan, científico investigador de Break Through Cancer en el Laboratorio Belcher y segundo autor del artículo.
Eliminación de tumores
Los investigadores probaron el tratamiento con micropartículas en ratones a los que se les inyectó un tipo agresivo de células cancerosas de tumores de mama triple negativos. Una vez formados los tumores, los investigadores implantaron unas 25 micropartículas por tumor y luego realizaron el tratamiento con láser tres veces, con tres días entre cada tratamiento.
“Esta es una demostración poderosa de la utilidad de los sistemas de materiales sensibles al infrarrojo cercano”, dice Belcher, quien junto con Bardhan, ha trabajado anteriormente en sistemas de imágenes de infrarrojo cercano para aplicaciones de diagnóstico y tratamiento en cáncer de ovario. “Controlar la liberación del fármaco a intervalos cronometrados con luz, después de una sola dosis de inyección de partículas, es un cambio radical para opciones de tratamiento menos dolorosas y puede conducir a un mejor cumplimiento del paciente”.
En los ratones que recibieron este tratamiento, los tumores se erradicaron por completo y los ratones vivieron mucho más que los que recibieron quimioterapia o fototerapia solas, o ningún tratamiento. Los ratones que se sometieron a los tres ciclos de tratamiento también se comportaron mucho mejor que los que recibieron un solo tratamiento con láser.
El polímero utilizado para fabricar las partículas es biocompatible y ya ha sido aprobado por la FDA para su uso en dispositivos médicos. Los investigadores esperan ahora probar las partículas en modelos animales más grandes, con el objetivo de evaluarlas en ensayos clínicos. Esperan que este tratamiento pueda ser útil para cualquier tipo de tumor sólido, incluidos los tumores metastásicos.
Fuente: Phys.org.
