Desarrollan método de diagnóstico de cáncer de mama con nanopartículas luminiscentes




Ciencias de la vida

“La mejor manera de avanzar la ciencia en nuestro país es a través de la investigación multidisciplinaria. Ciencia, tecnología e innovación: la triada perfecta”.

Con esto en mente, un grupo de investigación del CICESE, en colaboración con especialistas del Centro de Nanociencias y Nanotecnología (CNyN) de la UNAM, desarrollaron un método de diagnóstico de cáncer de mama basado en nanopartículas luminiscentes que por sus características podrían incrementar la sensibilidad y precisión de los métodos tradicionales de detección, como la mamografía y la tomografía computarizada (CT).

Se trata de un grupo que lidera la doctora Patricia Juárez Camacho, investigadora del Departamento de Innovación Biomédica del CICESE, quien explicó que este desarrollo es parte de un proyecto que obtuvo financiamiento de la convocatoria “Proyectos de Desarrollo Científico para Atender Problemas Nacionales” del CONACYT durante 2015, y de la American Society in Bone and Mineral Research, sociedad que otorgó el premio “Rising Star” a la Dra. Juárez en el 2016 para el desarrollo de nanopartículas que reconocieran específicamente a las células tumorales.

Los primeros resultados fueron publicados el año pasado en la revista Journal of Nanobiotechnology, en un artículo que destaca el problema de salud al que se están enfrentando: el cáncer de mama es la segunda causa de muerte por cáncer entre las mujeres, además de que representa 14% de las muertes en mujeres de todo el mundo.

El estudio

“El proyecto inició con el interés de utilizar la nanotecnología como herramienta para poder dirigir moléculas específicamente a las células cancerosas sin afectar a las células normales, con la finalidad de obtener biomarcadores que nos permitieran la visualización de los tumores y la liberación de moléculas antitumorales que inhiban el crecimiento del tumor", indicó en entrevista con TODoS@CICESE la doctora Patricia Juárez.

“Durante más de 10 años hemos estudiado los procesos de establecimiento del cáncer y su diseminación a otros tejidos como los huesos. Sabíamos que para poder lograr este nuevo proyecto requeríamos de la expertis de nuestros colaboradores del Centro de Nanociencias y Nanotecnología (CNyN). Así que comenzamos a trabajar con el doctor Gustavo Hirata, experto en materiales luminiscentes.

Intensidad media de fluorescencia en función de la captación celular de nanopartículas.

“Tuvimos la oportunidad de codirigir a un estudiante de doctorado, Akhil Jain, quien junto con otros estudiantes hizo el trabajo realidad. En el laboratorio del doctor Hirata, Akhil desarrolló y caracterizó fisicoquímicamente las nanopartículas luminiscentes. Posteriormente en mi laboratorio realizó la caracterización biológica primero en pruebas in vitro utilizando células cancerosas para demostrar que las nanopartículas eran capaces de internalizarse, evaluar su toxicidad y especifidad.  Después, utilizando un modelo murino (con ratones) se realizaron xenoinjertos de células tumorales y se evaluó la biodistribución de las nanopartículas luminiscentes en los tejidos, así como su farmacocinética para conocer su eliminación y toxicidad en el organismo. También su capacidad para reconocer al tumor específicamente, solas y en combinación con tomografía computarizada”.

Los resultados fueron exitosos, por la naturaleza del nanomaterial se obtuvieron diversas ventajas como su baja citotoxicidad, alto rendimiento cuántico, un tiempo de vida más largo, estabilidad química y alta especificidad para reconocer tumores después de su administración sistémica. Demostrando así un gran potencial como biomarcador para mejorar el diagnóstico de cáncer de mama y hacerlo mucho más preciso.

Diagnóstico

Siendo extremadamente pequeñas estas partículas, ¿cómo pueden verse y ayudar en la detección del cáncer de mama? "Las nanopartículas están diseñadas para unirse a ciertos receptores que son abundantes en las células tumorales. Después de su administración se esperaría que una vez que están en el torrente sanguíneo lleguen al tumor y se unan a las células cancerosas. Dado que las nanopartículas son luminiscentes, la visualización del tumor sería más precisa y puede ser detectada utilizando un microscopio de fluorescencia o rayos x.

Imágenes de TC de diferentes tumores de cáncer de mama que muestran la biodistribución de N2-APTMS y N3-FA a las 2 hr después de la prueba.

"Por otro lado, uno de los problemas actuales con el uso de biomarcadores tumorales es su rápida eliminación, limitando el tiempo para realizar los estudios. En nuestro modelo, demostramos que las nanopartículas diseñadas pueden estar en circulación sin perder su luminiscencia hasta por 8 horas, lo cuál definitivamente es una gran ventaja".

- ¿Y esto por qué es importante?

“Porque uno de los problemas en el diagnóstico es que cuando llegas a una clínica puedes enfrentarte a falsos negativos o a falsos positivos en la detección de estos tumores debido a la falta de resolución espacial y baja sensibilidad; la mayoría de estas técnicas de imagen (tomografía computarizada -TC-, tomografía por emisión de positrones -PET- y tomografía computarizada por emisión de fotón único -SPECT-) tienen limitaciones para detectar el cáncer en una etapa temprana. Lo que repercute en la elección de un tratamiento adecuado para el paciente con cáncer, reduciendo la eficiencia de la terapia y aumentando las posibilidades de que ése tumor se disemine y afecte letalmente otros órganos”.

- ¿Sólo para cáncer de mama o se puede hablar de otros tipos de cáncer?

“Este tipo de nanopartículas se puede utilizar para aquellos cánceres que presenten un alto contenido de receptores de folatos, como son cáncer de mama, próstata, ovario. Sin embargo, se deben realizar las pruebas correspondientes para determinar su efectividad. Las nanopartículas se pueden utilizar también para darle seguimiento a la progresión del cáncer y evaluar la respuesta del tumor ante un tratamiento terapéutico”.

Biodistribución de N2-APTMS y N3-FA en diferentes órganos de ratones portadores de tumores, analizados utilizando imágenes de microscopía confocal 2 hr después de inyección.

- ¿Qué sigue?

“Pues sigue el reto de poder contribuir con nuestra investigación a la generación de productos que realmente lleguen a nuestros pacientes, amigos y familiares que presentan esta enfermedad. Nuestra investigación es a nivel preclínico, el siguiente paso es realizar pruebas clínicas para demostrar su efectividad en pacientes y comercialización”, comentó.

Otros proyectos en el laboratorio incluyen el estudio de nuevas moléculas terapéuticas, y desarrollo de nanomoléculas que se utilicen como vehículos para liberar tratamientos en las células cancerosas, y contribuir a la disminución del crecimiento del tumor.

Señaló además: “Este año, fuimos elegidos para participar en los Nodos Binacionales de Innovación, región noroeste (NOBI-Noroeste), una iniciativa del CONACYT en alianza con la National Science Foundation (NSF) de Estados Unidos, para capacitar a grupos de investigadores y emprendedores en la validación de su investigación para poder llevarla a la etapa de desarrollo y comercialización”.

Luego de ganar el reconocimiento Rising Star 2016 de la ASBMR, Patricia Juárez confiesa que al momento de recibir esa distinción sentía mucho compromiso. Pero hoy, con este proyecto, “me siento muy orgullosa de que después de varios años pudimos concretar una investigación relevante y avanzar el conocimiento. Todo esto no podríamos lograrlo sin la colaboración multidisciplinaria a todos los niveles. Aún hay mucho por hacer y seguiremos trabajando muy fuerte en colaboración con investigadores que, como nosotros, crean en el trabajo multidisciplinario y respeto. Además, el entrenamiento y todo lo que estamos aprendiendo en NOBI es para que la investigación no se quede solamente en la mesa del laboratorio, sino que realmente pueda llegar a quien más lo necesita”, concluyó.

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* Los autores del artículo citado son:

Akhil Jain, Pierrick Fournier (Departamento de Innovación Biomédica, CICESE); Vladimir Mendoza Lavaniegos (Departamento de Geología -CICESE- y CEMIE-Geo); Prakhar Sengar (Departamento de Innovación Biomédica, posgrado de Nanociencias y CNyN); Fernando M. Guerra Olvera (Departamento de Innovación Biomédica, CICESE); Enrique Íñiguez (Departamento de Geología -CICESE- y CEMIE-Geo); Thomas G. Kretzschmar (Departamento de Geología -CICESE- y CEMIE-Geo); Gustavo A. Hirata (CNyN) y Patricia Juárez (Departamento de Innovación Biomédica, CICESE).

El trabajo citado tiene como folio de solicitud de patente SE-002861.

Palabras clave: nanopartículas luminiscentes, cáncer de mama, diagnóstico, Patricia Juárez

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