El diseño de nuevos nanosistemas y nanoformulaciones basados en biomoléculas, nanopartículas, principios activos y otros componentes, dirigidos hacia reconocer y atacar células tumorales específicas de ciertos tipos de cáncer, es una estrategia altamente prometedora
La salud y el bienestar de la población es uno de los 17 objetivos y metas del desarrollo sostenible marcados por la Organización de las Naciones Unidas (ONU), y por supuesto también es una de las prioridades más importantes de nuestro país. Por otro lado, la nanotecnología ha surgido en los últimos años como una ciencia multidisciplinaria que permite diseñar nuevos sistemas terapéuticos con gran potencial para atacar problemas prioritarios de salud pública como son el cáncer y la multirresistencia a los antibióticos.
El cáncer es una enfermedad que provoca que las células normales del organismo evolucionen a tumorales debido a cambios (mutaciones) en su ADN, y es la enfermedad que causa más defunciones en el mundo, según reporta la Organización Mundial de la Salud (OMS). Existen dos grandes tipos de cáncer: los que provocan tumores sólidos, como el de mama y próstata; y los que afectan a la sangre y la médula ósea, como son la leucemia, el mieloma múltiple y el linfoma.
A nivel mundial, el cáncer constituye uno de los principales problemas de salud; se estima que en 2022 se registraron 20 millones de nuevos casos de cáncer y 9.7 millones de muertes, siendo los tipos más comunes el cáncer de pulmón, colorrectal y de mama. Se calcula que dos de cada diez personas en el mundo desarrollarán cáncer en algún momento de su vida; de ellas, uno de cada nueve hombres y una de cada doce mujeres perderán la vida por esta enfermedad. En México, durante 2023 se registraron unos 195,500 nuevos casos de cáncer; desafortunadamente, el 46% de los pacientes pierde la vida debido a esta condición. [1].
De entre los distintos tipos de cáncer se destaca el cáncer de mama, el cual ocupa el quinto lugar de defunciones en mujeres a nivel mundial, de acuerdo con la OMS. Mientras que, en México, ocupa el tercer lugar de fallecimientos [2]. En la actualidad, pese a los avances en los tratamientos contra el cáncer, aún se recurre en gran medida a la quimioterapia, la hormonoterapia y la radioterapia. Si bien estos métodos resultan efectivos, pueden provocar toxicidad, afectación ósea y diversos efectos secundarios, como la pérdida de cabello o el debilitamiento del sistema inmunológico; en algunos casos, las reacciones adversas son tan graves que obligan a suspender o modificar el tratamiento. Por ello, han surgido alternativas como la terapia génica, aplicada al tratamiento de enfermedades oncológicas mediante vectores no virales [3], así como la inmunoterapia, otra estrategia que ha mostrado resultados prometedores.
Por otro lado, en los últimos años se ha evidenciado un agravamiento de las enfermedades provocadas por ciertos microorganismos, ya que muchos de ellos han desarrollado resistencia múltiple a los antibióticos. Las bacterias resistentes a una amplia gama de fármacos son conocidas como superbacterias. Un estudio realizado en 2019 reveló que, a nivel mundial, la resistencia a los antibióticos estuvo asociada con aproximadamente 4.95 millones de muertes, derivadas tanto de infecciones directas como indirectas (relacionadas con intervenciones quirúrgicas, accidentes, entre otras) [4]. Las infecciones que representan la mayor amenaza son las respiratorias, seguidas por las septicemias, las infecciones de la cavidad abdominal y las del tracto urinario.
La mayoría de estas infecciones se atribuyen a un número limitado de microorganismos; entre ellos destacan algunas cepas hemorrágicas de Escherichia coli, una bacteria que normalmente no causa daños significativos. [5] Sin embargo, ciertas variantes de E. coli son las principales responsables del mayor número de muertes asociadas a la multirresistencia a los antibióticos, ya que pueden provocar enfermedades gastrointestinales graves, como la colitis hemorrágica (diarrea con sangre), y en los casos más severos, el síndrome urémico hemolítico, caracterizado por insuficiencia renal aguda, anemia hemolítica y disminución del número de plaquetas. Estas complicaciones resultan especialmente mortales en adultos mayores, niños y pacientes con sistemas inmunitarios debilitados.
En el caso de otras enfermedades, como la tuberculosis —provocada por Mycobacterium tuberculosis—, además de las cepas multirresistentes, existen también algunas extremadamente resistentes que afectan principalmente a los pulmones. La tuberculosis constituye la principal causa de muerte por un solo agente infeccioso a nivel mundial, siendo superada únicamente por el COVID-19. La erradicación de la tuberculosis en la Región de las Américas forma parte de los Objetivos de Desarrollo Sostenible establecidos para el año 2030 [6]. Según información estadística de la Secretaría de Salud, en México se registraron un total de 28,076 casos de tuberculosis durante 2023, de los cuales 25,256 correspondieron a casos nuevos, incluyendo 736 casos multirresistentes [7]. Aproximadamente, el 30 % de las personas portadoras de la micobacteria lo ignora.
Es por ello que se vuelve altamente relevante y pertinente trabajar en nuevas terapias para las enfermedades prioritarias que no responden a los tratamientos convencionales. En este sentido, el diseño de nuevos nanosistemas y nanoformulaciones basados en biomoléculas, nanopartículas, principios activos y otros componentes, dirigidos hacia reconocer y atacar células tumorales específicas de ciertos tipos de cáncer, es una estrategia altamente prometedora [8]. Asimismo, diversos nanosistemas y nanoformulaciones de liberación controlada, presentan un gran potencial en la lucha contra las infecciones causadas por organismos multirresistentes [9].
En el CIMAV, un grupo liderado por la Dra. Margarita Sánchez Domínguez, investigadora adscrita a la Unidad Monterrey, trabaja en el desarrollo de diversos nanosistemas y nanoformulaciones orientados a la creación de nuevas terapias contra determinados tipos de cáncer de mama, así como al combate de cepas bacterianas multirresistentes. En el proyecto también participan estudiantes de Maestría y Doctorado, así como investigadores y técnicos del CIMAV. También han colaborado estudiantes de diversas licenciaturas e ingenierías provenientes de varias regiones de México, quienes han realizado estancias de investigación.
Cabe destacar que, desde hace varios años, este proyecto se desarrolla en estrecha colaboración con investigadores y estudiantes de la Facultad de Medicina de la Universidad Autónoma de Nuevo León, con quienes se diseñan las estrategias de trabajo y se realizan los ensayos biológicos enfocados en líneas celulares de cáncer de mama, así como en cepas multirresistentes de Escherichia coli, Staphylococcus aureus y Pseudomonas aeruginosa. Más recientemente, se estableció un convenio de colaboración con investigadores del Centro de Investigación Biomédica del Noreste (CIBIN-IMSS), con quienes se trabaja en un proyecto centrado en cepas multirresistentes de Mycobacterium tuberculosis.
El nanosistema que se está evaluando en líneas celulares de cáncer, se basa en un copolímero diseñado y sintetizado en CIMAV, el cual está formado por una goma altamente disponible en México, la goma de mezquite, y un polímero llamado polietilenimina ramificada (b-PEI) el cual presenta carga positiva y es el “estándar de oro” para el acarreo y entrega no viral de genes (vector no viral) [10]. Sin embargo debido precisamente a su fuerte carga positiva la b-PEI presenta alta toxicidad, y es por ello que se busca modificarlo químicamente, en este caso, con la goma de mezquite, con el fin de crear terapias génicas más seguras para el paciente. Este nuevo copolímero sirve para sintetizar nanopartículas de oro, las cuales quedan recubiertas y estabilizadas por el polímero; posteriormente, se le acoplan cadenas de otro polímero llamado polietilenglicol para mayor estabilidad.
Los protagonistas de este nanosistema son los aptámeros; se trata de oligonucléotidos de ADN, los cuales pueden ser diseñados para reconocer específicamente cierto tipo de células, como por ejemplo aquellas que sobreexpresan un oncogen llamado HER2, presente en aproximadamente un 20% de los cánceres de mama, que resultan agresivos y de crecimiento rápido. Además, también se ha demostrado que este tipo de aptámeros no sólo reconocen dichas células tumorales sino que también inhiben el crecimiento de las mismas [11]. Por tanto el acoplamiento del aptámero anti-HER2 hace que el nanosistema sea más selectivo, y lo que se busca es que solamente interactúe con las células tumorales, disminuyendo su viabilidad, mientras que debe ser seguro y mantener la viabilidad de las células sanas. Otras biomoléculas incorporadas a este tipo de nanosistemas dentro del proyecto incluyen ciertos plásmidos y péptidos, cuidadosamente seleccionados por su capacidad para reducir la viabilidad de las células tumorales, sin afectar la supervivencia de las células sanas [12].
En cuanto a las multirresistencia bacteriana, la goma de mezquite también cobra un gran protagonismo, ya que en el proyecto se están sintetizando nanopartículas de oro y de plata estabilizadas por esta goma, para incorporarlas en hidrogeles y evaluar su efecto inhibitorio en líneas celulares de bacterias multirresistentes [13, 14]. Otro tipo de nanosistema que se está evaluando son las micelas, que son estructuras esféricas muy pequeñas, en el orden de unos cuantos nanómetros, las cuales se forman al disolver en agua cierto tipo de moléculas llamadas tensoactivos, que son el componente principal de detergentes y jabones. Las micelas tienen un interior “aceitoso” y nos permiten cargarlas con moléculas que de otra forma no se disolverían en agua. Aprovechando esta propiedad, en el proyecto se están cargando micelas biocompatibles de poloxámero con principios activos antimicrobianos de origen natural como la curcumina y el resveratrol, así como con fármacos como la rifampicina. Este último es uno de los fármacos más utilizados para tratar la tuberculosis pero han emergido cepas resistentes a la misma. No obstante, es sabido que al encapsular fármacos en nanosistemas de liberación controlada como micelas, liposomas o nanopartículas, es posible mejorar e intensificar su efecto terapéutico. Por tanto, se busca mejorar el desempeño de la rifampicina contra cepas multirresistentes al incorporarla en micelas.
En síntesis, los nanosistemas y las nanoformulaciones representan aliados fundamentales en la lucha contra el cáncer y las enfermedades causadas por microorganismos multirresistentes. Por esta razón, el CIMAV impulsa y respalda este tipo de proyectos, que no solo contribuyen al bienestar y a la mejora de la calidad de vida de la población, sino que también fomentan la formación de capital humano altamente especializado y las colaboraciones interinstitucionales.
Referencias
[2] https://www.gob.mx/imss/articulos/epidemiologia-del-cancer-de-mama-318014
[3] N. Feng Sun, Z. Ao Liu, W. Bai Huang, A. Ling Tian, and S. Yuan Hu, The research of nanoparticles as gene vector for tumor gene therapy, Critical Reviews in Oncology/Hematology 2014, 89, 352–357.
[5] C.J.L. Murray, K.S. Ikuta, F. Sharara, L. Swetschinski, G.R. Aguilar, A. Gray, C. Han, C. Bisignano, P. Rao, E. Wool, Global burden of bacterial antimicrobial resistance in 2019: a systematic analysis, Lancet 2022, 399 (10325), 629-655.
[6] https://www.paho.org/es/temas/tuberculosis
[7] https://ahfmexico.org.mx/24-de-marzo-dia-internacional-de-la-tuberculosis-si-podemos-ponerle-fin/
[8] F. Mohajer, B. Mirhosseini-Eshkevari, S. Ahmadi, M.A. Ghasemzadeh, G.M. Ziarani, A. Badiei, N. Farshidfar, R.S. Varma, N. Rabiee, S. Iravani. ACS Applied Nano Materials 2023, 6 (9), 7123-7149.
[9] X. Ding, A. Wang, W. Tong, F.J. Xu. Small 2019, 15 (20), 1900999.
[10] A.M. Pinilla-Torres, P. Y. Carrión-García, C. N. Sánchez-Domínguez, H. Gallardo-Blanco, M. Sánchez-Domínguez. Polymers 2021, 13(16), 2766.
[11] M. Gijs, G. Penner, G.B. Blackler, N.R. Impens, S. Baatout, A. Luxen, A.M. Aerts. Pharmaceuticals 2016, 9(2), 29.
[12] S. Longoria-García, C.N. Sánchez-Domínguez, M. Sánchez-Domínguez, J.R. Delgado-Balderas, J.F. Islas-Cisneros, O. Vidal-Gutiérrez, H.L. Gallardo-Blanco, Nanomaterials 2023, 13(20), 2802.
[13] A. M. Pinilla-Torres, C. N. Sanchez-Dominguez, K. Basilio-Bernabe, P.Y. Carrion-Garcia, J.A. Roacho-Perez, E.N. Garza-Treviño, H. Gallardo-Blanco, M. Sanchez-Dominguez. Polymers 2023, 15(17), 3533.
[14] M.B. Moreno-Trejo, M. Sánchez-Domínguez. Materials 2016, 9(10), 817.