Por Catharine Paddock PhD
Una nueva investigación está encontrando el camino para la administración de medicamentos contra el cáncer en los tumores con un nivel de precisión nunca antes visto.
El nuevo sistema de “administración inteligente de fármacos” utiliza una nanocápsula que solo descargará su carga de fármaco cuando encuentre dos señales tumorales en la secuencia correcta.
Un documento de “prueba de principio” – ahora publicado en la revista Ciencia Química – describe cómo el sistema se realizó con éxito en respuesta a una secuencia de dos condiciones que ocurren dentro de los tumores.
La primera condición fue un aumento en la acidez sobre un umbral particular, y el segundo fue la presencia de una sustancia llamada glutatión, cuyos niveles son más altos en ciertos tipos de tumores.
Cumplir estas dos condiciones, en este orden exacto, informa a la nanocápsula que está ingresando a un “microambiente tumoral de múltiples etapas”, lo que provoca que libere su carga de fármaco. Si solo cumple una condición o los cumple en orden inverso, no libera el medicamento.
El autor principal del estudio Wei-Hong Zhu, profesor de química en la Universidad de Ciencia y Tecnología del Este de China en Shanghai, y su equipo probaron el sistema primero en células de laboratorio y luego en ratones vivos.
‘Nueva generación de medicamentos’
La nanocápsula libera marcadores fluorescentes únicos, uno cuando cumple la primera condición, y otro, diferente cuando se encuentra con el segundo, lo que significa que el progreso de la administración del medicamento se puede seguir con precisión a medida que ocurre.
Esto abre la posibilidad de usar el sistema como un “sensor fluorescente inteligente” para diagnósticos máEl profesor Zhu dice que él y sus colegas creen que la investigación conducirá a una “nueva generación de medicamentos” que se pueden programar para responder a estímulos específicos de una manera lógica.
Una de las razones por las que su nuevo sistema lleva la administración de fármacos a otro nivel es porque utiliza la lógica AND basada en secuencias y no la lógica OR para desencadenar la liberación de fármacos.
Un sistema de entrega que usa lógica OR libera el medicamento cuando cumple con cualquiera de las condiciones a las que está programado responder.
Con lógica AND basada en secuencia, por otro lado, el sistema solo libera el fármaco cuando ambas condiciones se cumplen en la secuencia correcta.
Los científicos sugieren que este enfoque protege mejor a la droga de “entornos destructivos e interacciones indeseables” y asegura un desencadenamiento más preciso de la liberación “cuando sea necesario”.
¿Cómo funciona?
Aunque es conveniente describir el sistema de administración de fármacos como una “nanocápsula que encierra una carga de drogas”, no es estrictamente así como funciona.
El sistema en realidad comprende moléculas largas hechas de tres partes. El primero emite una señal fluorescente, el segundo es un “profármaco” y el tercero es una “cola de polímero” larga. El profármaco se metaboliza en el medicamento contra el cáncer cuando se libera.
Responde “ultra-sensiblemente” a los cambios en el pH o la acidez. Y cuando se mueve del torrente sanguíneo (donde la acidez es más baja) al ambiente del tumor (donde la acidez es más alta), detecta la caída en el pH.
Mientras que el pH es más bajo que el umbral programado, las moléculas largas forman una forma que se llama “micela”. Esto se asemeja a una esfera, con todas las colas de polímero en el exterior y las unidades fluorescentes en el centro. En esta formación, la señal fluorescente se suprime.
Pero cuando la micela entra en un ambiente en el que el pH cae por debajo de un cierto umbral, la formación se deshace y las moléculas largas se sueltan.
Lo primero que sucede es que la señal fluorescente ya no se suprimirá y podrá detectarse. Indica que se ha cumplido la primera condición de la lógica AND (caída de pH).
La liberación de las moléculas largas permite que la segunda condición, cuando se cumple, tenga un efecto. En este caso, la exposición al glutatión corta el vínculo entre la molécula larga y el profármaco. Una vez lanzado, el profármaco es libre de metabolizarse en el fármaco anticanceroso activo.s precisos.
Dos señales fluorescentes
Perder el profármaco significa que la molécula larga se acorta, provocando un cambio en el “color” o la longitud de onda de la señal fluorescente, que todavía se emite, “de verde a rojo púrpura”. Esto indica que la segunda condición de la lógica AND se ha cumplido en la secuencia correcta.
Los autores señalan que esta fluorescencia de doble longitud de onda hace que el sistema sea “adecuado para realizar bioimágenes tridimensionales en tiempo real”, que puede ser una “herramienta poderosa para el diagnóstico preciso de enfermedades, especialmente para lesiones sospechosas”.
Cuando el equipo probó el sistema en células y en ratones vivos, descubrió que exhibía “una excelente capacidad de selección de tumores en etapas múltiples”. En los ratones, también mostró “una mejora significativa en la actividad antitumoral […] casi erradicando el tumor”.
“Esta nanoprobe de sentido lógico proporciona un prototipo para el desarrollo de sondas de biosensores inteligentes in vivo para sistemas precisos de administración de fármacos programables”. -Prof. Wei-Hong Zhu
