Micro-robots biotecnológicos para la administración de fármacos antitumorales

Investigadores de la Universidad de California en San Diego (UCSD) han desarrollado unos robots microscópicos que permiten administrar medicamentos contra el cáncer directamente a los tumores metastásicos, según describen en un trabajo publicado en la revista Science Advances. El método ha proporcionado resultados prometedores en modelos de ratones, inhibiendo el crecimiento y la diseminación de tumores que se habían extendido a los pulmones, y aumentando las tasas de supervivencia, en comparación con los tratamientos de control.

Para el desarrollo de estos “micro-robots” se ha utilizado una ingeniosa combinación de biotecnología y nanotecnología, fruto de la colaboración de los laboratorios de Joseph Wang y Liangfang Zhang, profesores del departamento de Ingeniería Química y Nanoingeniería en la UCSD.

Los investigadores utilizaron algas verdes microscópicas de la especie Chlamydomonas reinhardtii, y adhirieron a su superficie, por métodos químicos, nanopartículas rellenas de un fármaco antitumoral. Estas algas son capaces de desplazarse de forma autónoma en medios acuosos y de esta forma pueden transportar y dispersar de manera eficaz las nanopartículas cargadas de fármaco en el tejido pulmonar y en los tumores localizados en este órgano.

Las nanopartículas en cuestión consisten en diminutas esferas de un polímero biodegradable (poli-ácido láctico-co-glicólico, PLGA), que han sido cargadas con doxorrubicina, un fármaco muy utilizado en quimioterapia. Además, estas nanopartículas han sido recubiertas con membranas de glóbulos rojos. Este recubrimiento cumple una función crítica, la de proteger las nanopartículas del sistema inmunitario, lo que les permite permanecer en los pulmones el tiempo suficiente para ejercer su efecto terapéutico. En otras palabras, este recubrimiento hace que las nanopartículas se asemejen a los glóbulos rojos y por tanto no desencadenan una respuesta inmune.

En este trabajo se utilizó un modelo de melanoma en ratones que desarrollan metástasis en los pulmones, y se administraron estos micro-robots a través de un pequeño tubo insertado en la tráquea. El grupo de roedores así tratado alcanzó una supervivencia media de 37 días, lo que representa un incremento significativo con respecto a la supervivencia media de 27 días observada en los ratones no tratados, así como en los ratones que recibieron el fármaco solo, o a través de nanopartículas rellenas de fármaco, pero sin algas.

Los autores indican que el movimiento activo de natación de los micro-robots mejoró significativamente la distribución del fármaco en el tejido pulmonar profundo, al tiempo que prolongó el tiempo de retención. Esta distribución mejorada y la prolongación del tiempo de retención permitió además reducir la dosis de fármaco requerida, lo cual ayudó a minimizar los efectos secundarios, manteniendo al mismo tiempo una alta tasa de supervivencia.

Según los autores del estudio, esta formulación de algas portadoras de nanopartículas es segura, en base a los datos proporcionados en el mismo estudio utilizando ratones sanos. Los materiales utilizados para fabricar las nanopartículas son biocompatibles, y el alga verde empleada, Chlamydomonas reinhardtii, está reconocida como segura para su uso por la Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos (FDA).

Los pulmones representan el órgano más frecuentemente afectado por metástasis en cáncer, supone hasta la mitad de los pacientes con tumores metastásicos. Para su tratamiento no existen fármacos específicos y se suele utilizar agentes quimioterapéuticos (como la doxorrubicina) pero su eficacia está limitada por su dificultad para alcanzar los tejidos y acumularse en el pulmón. El uso de nanopartículas ofrece esperanzas de mejorar los resultados en estos pacientes, pero se enfrenta igualmente a la dificultad para alcanzar las zonas de metástasis. Los pulmones son además un sistema ideal para la administración local de fármacos, debido a las posibilidades de acceder directamente desde el exterior y sus características fisiológicas. El sistema de micro-robots desarrollado en este trabajo (denominados por sus desarrolladores “algae-NP(DOX)-robots”) podría representar un avance importante en este ámbito.

El estudio recién publicado se basa en trabajos anteriores de los mismos investigadores, que utilizaron micro-robots similares para tratar la neumonía en ratones. En estos trabajos, los micro-robots combatieron de forma eficaz el crecimiento de bacterias causantes de neumonía mediante nanopartículas cargadas con un antibiótico y recubiertas en este caso de membrana celular de neutrófilos (en vez de glóbulos rojos), con el mismo objetivo de evitar una reacción del sistema inmune. El tratamiento disminuyó la carga bacteriana en pulmones en el modelo de infección con Pseudomonas aeruginosa y redujo también la mortalidad.

Los autores concluyen que han demostrado que esta plataforma se puede utilizar para la administración de terapias de forma activa y eficaz por todo el tejido pulmonar para combatir distintos tipos de enfermedades en los pulmones.

De cara al futuro, el equipo está trabajando en el avance de este tratamiento a ensayos en otros modelos animales, con el objetivo final de llevarlo a ensayos clínicos en humanos.