Cáncer: la 'administración inteligente de fármacos' está en camino
Una nueva investigación allana el camino para la administración de medicamentos contra el cáncer a 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 artículo de "prueba de principio", ahora publicado en la revista Ciencia química - describe cómo el sistema funcionó con éxito en respuesta a una secuencia de dos condiciones que ocurren dentro de los tumores.
La primera condición fue un aumento de la acidez por encima de un umbral particular, y la segunda fue la presencia de una sustancia llamada glutatión, cuyos niveles son más altos en ciertos tipos de tumores.
El cumplimiento de estas dos condiciones, en este orden exacto, informa a la nanocápsula de que está entrando en un "microambiente tumoral de múltiples etapas", lo que hace que libere su carga de fármaco. Si solo cumple con una condición, o las 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 cumple la segunda, lo que significa que el progreso de la administración del fármaco se puede seguir con precisión a medida que ocurre.
Esto abre la posibilidad de utilizar el sistema como un "sensor fluorescente inteligente" para un diagnóstico más preciso.
El profesor Zhu dice que él y sus colegas creen que la investigación conducirá a una "nueva generación de fármacos" que se puede 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 una “lógica Y basada en secuencia” y no lógica OR para desencadenar la liberación de medicamentos.
Un sistema de administración que utiliza la lógica OR libera el fármaco cuando cumple con cualquiera de las condiciones para las que está programado para responder.
Con la 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 el fármaco de "entornos destructivos e interacciones indeseables" y asegura una activación más precisa 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 fármaco”, no es así estrictamente como funciona.
En realidad, el sistema consta de moléculas largas formadas por 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 fármaco contra el cáncer cuando se libera.
Responde de forma "ultrasensible" a los cambios de pH o acidez. Y cuando pasa del torrente sanguíneo (donde la acidez es menor) al ambiente del tumor (donde la acidez es mayor), detecta la caída del pH.
Si bien el pH es más alto 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, se suprime la señal fluorescente.
Pero cuando la micela entra en un entorno en el que el pH cae por debajo de cierto umbral, la formación se deshace y las moléculas largas se sueltan.
Lo primero que sucede es que la señal fluorescente ya no se suprime y se puede detectar. 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 efecto. En este caso, la exposición al glutatión rompe el vínculo entre la molécula larga y el profármaco. Una vez lanzado, el profármaco queda libre para metabolizarse en el fármaco activo contra el cáncer.
Dos señales fluorescentes
La pérdida del profármaco significa que la molécula larga se acorta, provocando un cambio en el "color" o longitud de onda de la señal fluorescente, que aún se está emitiendo, "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 longitud de onda dual 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 focalización de tumores en múltiples etapas". En los ratones, también mostró "una mejora significativa en la actividad antitumoral [...] casi erradicando el tumor".
"Esta nanosensora de sentido de la lógica proporciona un prototipo para el desarrollo de sondas biosensibles inteligentes in vivo para sistemas de administración de fármacos programables y precisos".
Prof. Wei-Hong Zhu
