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Un estudio reciente publicado en Nanotecnología de la naturaleza describe cómo los nanorobots impulsados por urea ayudaron a un equipo de investigación a reducir el crecimiento de tumores de vejiga en ratones en un 90%.
El cáncer de vejiga es el cuarto tumor más común en los hombres y tiene una de las tasas de incidencia más altas en todo el mundo. Aunque la tasa de mortalidad por tumores de vejiga es baja, casi la mitad de ellos recurren en cinco años, por lo que es necesaria una observación continua del paciente. El tratamiento para este tipo particular de cáncer es uno de los más costosos debido a las hospitalizaciones recurrentes y la necesidad de terapias adicionales.
Aunque los métodos de tratamiento actuales, en los que los fármacos se inyectan directamente en la vejiga, tienen altas tasas de supervivencia, todavía tienen una eficacia terapéutica limitada. Un posible reemplazo es el uso de nanopartículas para administrar fármacos terapéuticos directamente al tumor. Entre los más destacados se encuentran los nanorobots, que son nanopartículas que pueden moverse dentro del cuerpo. Estas diminutas nanomáquinas consisten en una esfera permeable de sílice.
Hay múltiples componentes en sus superficies, cada uno de los cuales tiene un propósito específico. Una de ellas es la enzima ureasa, una proteína que se combina con la urea en la orina para permitir que las nanopartículas se multipliquen. Otro elemento esencial es el yodo radiactivo, un radioisótopo que se utiliza a menudo para la terapia local de tumores.
Tratamientos innovadores para el cáncer de vejiga son posibles gracias a este estudio liderado por el Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) y CIC biomaGUNE en colaboración con el Instituto de Investigación Biomédica (IRB Barcelona) y la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB). El objetivo de estos avances es acortar las estancias hospitalarias, lo que debería traducirse en menores costes y mayor comodidad para el paciente.
Con una sola dosis observamos una reducción del 90% del volumen tumoral. Esto es significativamente más eficiente considerando que los pacientes con este tipo de tumor suelen tener de 6 a 14 citas hospitalarias con los tratamientos actuales. Un enfoque de tratamiento de este tipo aumentaría la eficiencia y reduciría la duración de la estancia hospitalaria y los costos del tratamiento.
Samuel Sánchez, líder del estudio y profesor de investigación ICREA, Instituto de Bioingeniería de Cataluña
El siguiente paso es investigar si estos tumores recurren después de la terapia y actualmente está en progreso.
Un fantástico viaje a la burbuja
Los científicos han demostrado anteriormente que los nanorobots pueden alcanzar cualquier pared de burbuja gracias a su capacidad para impulsarse. Esta característica es ventajosa en comparación con el enfoque existente, que requiere que el paciente cambie de posición cada media hora después de inyectar el fármaco directamente en la vejiga para garantizar que el fármaco llegue a todas las paredes.
Este estudio actual va un paso más allá y muestra que las nanopartículas son móviles en la vejiga y se acumulan específicamente en el tumor. Este éxito fue posible gracias a varios métodos, como imágenes de microscopía de los tejidos extirpados una vez finalizado el estudio y tomografía médica por emisión de positrones (PET) de los ratones.
Estos últimos se registraron mediante un sistema de microscopía de fluorescencia desarrollado específicamente para este fin en el IRB Barcelona. Al escanear las numerosas capas de la vejiga y crear una reconstrucción tridimensional, la técnica permite ver el órgano en su totalidad.
El innovador sistema óptico que desarrollamos nos permitió eliminar la luz reflejada por el propio tumor, permitiéndonos identificar y localizar nanopartículas en todo el órgano con una resolución sin precedentes sin etiquetado previo. Observamos que los nanorobots no sólo alcanzaron el tumor, sino que también lo penetraron, potenciando así el efecto del radiofármaco.
Julien Colombelli, Jefe, Plataforma de Microscopía Digital Avanzada, IRB Barcelona
Era difícil entender por qué los nanorobots podían penetrar el tumor. El tejido tumoral es generalmente más rígido que el tejido sano y los nanorobots carecen de anticuerpos especializados para reconocer el tumor.
Sin embargo, observamos que estos nanorobots pueden degradar la matriz extracelular del tumor aumentando localmente el pH mediante una reacción química autopropulsada. Este fenómeno promovió una mayor penetración tumoral y contribuyó a lograr una acumulación preferencial de tumores.
Meritxell Serra Casablancas, coprimera autora e investigadora del estudio, Instituto de Bioingeniería de Cataluña
Los científicos concluyeron que aunque el urotelio choca con los nanorobots como si fuera una pared, el tumor más poroso permite que los nanorobots pasen y se acumulen en su interior. La movilidad de los nanobots es un factor crucial que aumenta sus posibilidades de llegar al tumor.
Según Jordi Llop, investigador del CIC biomaGUNE y colíder del estudio: “La administración local de los nanorobots que portan el radioisótopo reduce la probabilidad de efectos adversos y la alta acumulación en el tejido tumoral favorece el efecto radioterapéutico.«
“Los resultados de este estudio abren la puerta al uso de otros radioisótopos con mayor capacidad para producir efectos terapéuticos, pero cuyo uso está limitado cuando se administran por vía sistémica.“ añadió Cristina Simó, coprimera autora del estudio.
Años de trabajo y un spin-off
Este estudio recopila resultados de más de tres años de trabajo conjunto de varias universidades. Parte de la información proviene de la tesis doctoral. Tesis de Ana Hortelao y Meritxell Serra, dos investigadoras que trabajan en el Departamento de Nanodispositivos Inteligentes de Sánchez en el IBEC. También contiene la tesis de Cristina Simó, coprimera autora del estudio, que realizó su investigación doctoral en el Laboratorio de Radioquímica e Imagen Nuclear bajo la dirección de Jordi Llop en el CIC biomaGUNE.
Otra aportación es el modelo animal de experiencia en enfermedades del grupo de Esther Julián de la UAB. Además, la Fundación “la Caixa” y el Consejo Europeo de Investigación (ERC) financiaron el estudio.
La base de Nanobots Therapeutics, una spin-off del IBEC e ICREA fundada en enero de 2023, es la tecnología que lleva más de siete años en desarrollo para estos nanorobots gracias a la reciente patente de Samuel Sánchez y su equipo.
Sánchez fundó la empresa, que sirve como conducto para aplicaciones e investigaciones clínicas.
Y añadió: «Asegurar una financiación sólida para la spin-off es crucial para seguir avanzando en esta tecnología y, si todo va bien, llevarla al mercado y a la sociedad. En junio, solo 5 meses después de fundar Nanobots Tx, completamos con éxito la primera ronda de financiamiento y estamos entusiasmados con el futuro.«
Innovación tecnológica en microscopía para el seguimiento de nanorobots
Trabajar con nanorobots plantea un desafío científico importante para los enfoques de bioimagen destinados a detectar estos componentes en tejidos y tumores. Los procedimientos clínicos no invasivos comunes, como la PET, carecen de la resolución para encontrar estas pequeñas partículas.
Por este motivo, la Plataforma de Microscopía Científica del IRB Barcelona utilizó un enfoque de microscopía que iluminaba materiales con una capa de luz láser, permitiendo la adquisición de imágenes 3D a través de la dispersión de la luz al interactuar con tejidos y partículas.
Los científicos desarrollaron un enfoque novedoso basado en luz polarizada que elimina cualquier dispersión del tejido y las células tumorales después de descubrir que el propio tumor dispersaba parte de la luz, provocando interferencias. Este avance permite la obtención de imágenes y la colocación de nanorobots sin la necesidad de un etiquetado molecular previo.
Referencia de la revista:
Simón, C., et. Alabama. (2023) Nanobots impulsados por ureasa para la terapia del cáncer de vejiga con radionúclidos. Nanotecnología de la naturaleza. doi:10.1038/s41565-023-01577-y.
Fuente: https://ibecbarcelona.eu/
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