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Los investigadores de Virginia Tech crean un sistema de administración de medicamentos basado en bacterias que supera los métodos convencionales

Un equipo interdisciplinario de tres miembros de la facultad de Virginia Tech afiliados al Instituto de Innovación de Macromoléculas ha creado un sistema de administración de medicamentos que podría ampliar radicalmente las opciones de tratamiento del cáncer.

El método convencional de tratamiento del cáncer para inyectar medicamentos de nanopartículas en el torrente sanguíneo da como resultado una baja eficacia. Debido a las complejidades del cuerpo humano, muy pocas de esas nanopartículas alcanzan realmente el sitio del cáncer, y una vez allí, hay un suministro limitado a través del tejido canceroso.

El nuevo sistema creado en Virginia Tech se conoce como Sistema Autónomo de Administración de Medicamentos a Nanoescala y Bacteria (NanoBEADS). Los investigadores han desarrollado un proceso para unir químicamente las nanopartículas de medicamentos contra el cáncer a las células bacterianas atenuadas, que han demostrado ser más efectivas que la administración pasiva de inyecciones al llegar a los sitios de cáncer.

Los NanoBEADS ha producido resultados tanto en modelos in vitro (en esferoides tumorales) como in vivo (en ratones vivos) que muestran mejoras de hasta 100 veces en la distribución y retención de nanopartículas en tejidos cancerosos.

Este es un producto de Bahareh Behkam, profesor asociado de ingeniería mecánica y quien fuera ganador del Premio Career de la Fundación Nacional de Ciencias. Los colaboradores de su equipo interdisciplinario son Rick Davis, profesor de ingeniería química, y Coy Allen, profesor asistente de ciencias biomédicas y patobiología en el Colegio de Medicina Veterinaria de Virginia-Maryland.

Este trabajo, que combina la experiencia en ingeniería mecánica, ingeniería biomédica, ingeniería química y medicina veterinaria, fue detallado recientemente en Advanced Science.

Los seres humanos han notado, incluso desde el Antiguo Egipto, que el cáncer entró en remisión si el paciente también contrajo una infección como la salmonela. Ninguno de los dos es ideal, pero los seres humanos pueden tratar las infecciones de salmonela más eficazmente que el cáncer.

En los tiempos modernos, Allen dijo que la idea de tratar el cáncer con infecciones se remonta a fines del siglo XIX y se ha convertido en inmunoterapia, en la que los médicos intentan activar el sistema inmunitario para atacar las células cancerosas.

Por supuesto, la salmonela es dañina para los humanos, pero una versión debilitada podría en teoría proporcionar los beneficios de la inmunoterapia sin los efectos dañinos de la infección por salmonela. El concepto es similar al de los humanos que reciben un virus de la gripe debilitado en una vacuna para desarrollar la inmunidad.

Hace más de seis años, a Behkam se le ocurrió la idea de aumentar la inmunoterapia bacteriana para atacar también el cáncer con medicamentos anticancerígenos convencionales. El problema fue que la administración pasiva de medicamentos contra el cáncer no funciona muy bien.

Teniendo en cuenta sus antecedentes con los micro-híbridos, el profesor quería usar la bacteria de la salmonela como vehículo autónomo para transportar el medicamento, en forma de nanopartículas, directamente al sitio del cáncer.

El trabajo comenzó con el primer estudiante de doctorado de Behkam, Mahama Aziz Traore, construyendo la primera generación de NanoBEADS mediante el ensamblaje de decenas de nanopartículas de poliestireno en bacterias E. coli. Después de estudiar detenidamente la dinámica y los aspectos de control de los sistemas NanoBEADS durante algunos años, Behkam incorporó a Davis al proyecto porque tenía experiencia en la creación de nanopartículas de polímeros para la administración de medicamentos.

Behkam eligió esta cepa bacteriana en particular, Salmonela enterica serovar Typhimurium VNP20009, porque se ha estudiado exhaustivamente y se ha probado con éxito en un ensayo clínico de fase uno.

Descripción del elemento gráfico: los agentes NanoBEADS se construyen mediante la conjugación de nanopartículas de poli (ácido láctico-co-glicólico) con Salmonella typhimurium que se dirige al tumor. Los NanoBEADS mejoran la retención y distribución de las nanopartículas en tumores sólidos hasta en una notable ≈100 veces, a través de la auto-replicación y la translocación intercelular (entre las células). Esta mejora de transporte se logra de forma autónoma, sin la necesidad de ninguna fuerza de accionamiento aplicada externamente o entrada de control.

Aunque Behkam tuvo una visión para el nuevo sistema de administración de medicamentos, tomó varios años para que se hiciera realidad.

SeungBeum Suh Ph.D., antiguo estudiante de Behkam, y Amy Jo Ph.D. y antigua estudiante de Davis, trabajaron juntos en la colocación de nanopartículas manteniendo la bacteria viva. No fue hasta su cuarto intento que comenzaron a encontrar el éxito.

Behkam, junto con Suh y el actual estudiante de doctorado Ying Zhan, probaron su salmonela unida a nanopartículas en tumores cultivados en laboratorio. Encontraron mejoras hasta 80 veces mayores en la penetración y distribución de nanopartículas utilizando la plataforma NanoBEADS, en comparación con las nanopartículas de difusión pasiva.

Además, Suh y Behkam descubrieron que los NanoBEADS penetran en gran medida en el tumor al translocarse a través del espacio entre las células cancerosas.

Behkam quería fortalecer los resultados de NanoBEADS más allá de la   etapa in vitro. Con una escuela veterinaria de primer nivel en el camino, reclutó a Allen, su compañero miembro de la facultad de MII, para probar el sistema NanoBEADS  en vivo. Las pruebas en tumores de cáncer de mama en ratones produjeron resultados que mostraron mejoras significativas en comparación con el parto pasivo.

Las pruebas mostraron que había aproximadamente 1,000 veces más células de salmonela en el tumor en comparación con el hígado y 10,000 veces más que el bazo.

El siguiente paso en la investigación es cargar las terapias contra el cáncer en el sistema NanoBEADS para probar la mejora potencial de la eficacia.

Más información: Virginia Tech news

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