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Matanza selectiva de células cancerosas al saturar su sistema de eliminación de desechos

Un equipo de investigadores del Centro de Materia Suave y Viva, dentro del Instituto de Ciencias Básicas (IBS, Corea del Sur) y afiliado al Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología de Ulsan (UNIST), descubrió un enfoque novedoso para atacar selectivamente y matar a varios tipos. de células cancerosas.

Los lisosomas son pequeños sacos llenos de una gran cantidad de enzimas y ácidos que trabajan para descomponer y reciclar componentes celulares dañados y no deseados. En otras palabras, son a la vez el contenedor de residuos de la celda y el centro de reciclaje. Por lo general, los lisosomas eliminan los subproductos de este proceso de degradación al liberarlos fuera de la célula. Liberar la basura afuera solo tiene sentido. Por ejemplo, imagine recoger toda la basura de su casa en un contenedor y luego vaciar ese mismo contenedor en el piso de la cocina, haciendo que sus condiciones de vida sean miserables. Del mismo modo, perforar los lisosomas y liberar sus contenidos tóxicos dentro de la célula daña los componentes celulares sin posibilidad de reparación, lo que, en casos extremos, puede desencadenar la muerte celular.

Dado que los lisosomas del cáncer son más fáciles de dañar que los lisosomas de las células sanas, los científicos han estado buscando usar esta estrategia como una alternativa prometedora para atacar los cánceres que son resistentes a los tratamientos convencionales. Sin embargo, solo un puñado de terapias potenciales pueden dirigirse a los lisosomas, y la mayoría de ellos carece de selectividad para el cáncer.

Publicado en Nature Nanotechnology, este estudio muestra que las nanopartículas cubiertas con una mezcla de moléculas cargadas positivamente [+] y negativamente [-] pueden matar selectivamente las células cancerosas dirigidas a sus lisosomas. La muerte de las células cancerosas resulta de una notable sucesión de fenómenos de transporte y agregación, comenzando con la formación de pequeños grupos de nanopartículas en las superficies celulares y culminando con el ensamblaje de cristales de nanopartículas de tamaño micrón dentro de los lisosomas del cáncer. Los cristales de nanopartículas inducen hinchazón lisosómica, pérdida gradual de la integridad de las membranas lisosómicas y finalmente la muerte celular.


Figura 2. El efecto de la agregación de nanopartículas dentro de los lisosomas. La imagen muestra las trayectorias (blanco) de los lisosomas (rojo) en las células cancerosas (a la izquierda) versus normales (a la derecha). Los agregados de nanopartículas (verde) en las células cancerosas deterioraron la capacidad de los lisosomas para examinar el interior de la célula. Barra de escala, 10 µm.

La agregación de las nanopartículas a medida que transitan por el sistema endolisosómico de las células cancerosas es un proceso complejo. El equipo descubrió que las nanopartículas con una composición superficial de aproximadamente 80% [+] y 20% [-] ligandos muestran una selectividad óptima para el cáncer. El hecho de que los ligandos con carga negativa también sean sensibles al pH parece ser clave para la selectividad del cáncer. En el pH ácido, que se encuentra alrededor de las células cancerosas y dentro de los lisosomas, estos ligandos son protonados y propensos a interactuar con ligandos similares en las nanopartículas vecinas, promoviendo así su agregación. El equilibrio entre interacciones atractivas ̶ los enlaces entre ligandos [-] e interacciones fuertes entre núcleos de nanopartículas ̶ y las repulsiones electrostáticas entre ligandos [+] en las partículas vecinas determinan el alcance de la agregación de nanopartículas.

Si bien las nanopartículas individuales tienen aproximadamente el mismo tamaño que una molécula de proteína promedio y, por lo tanto, son demasiado pequeñas para ser vistas con la mayoría de los enfoques dinámicos de microscopía de células vivas, se pueden observar los cristales compuestos por varias nanopartículas. El equipo utilizó una combinación de enfoques complementarios, incluyendo microscopía de campo oscuro, microscopía de reflexión confocal y TEM, así como enfoques bioquímicos y computacionales para evaluar el impacto total de las nanopartículas de carga mixta en los orgánulos lisosomales.

Este estudio abre nuevas direcciones de investigación. La estrategia de carga mixta podría aplicarse a otros tipos de nanopartículas, como partículas a base de polímeros, dendrímeros o nanopartículas de óxido de hierro. Otro paso importante será probar la efectividad de las nanopartículas de carga mixta contra tumores en modelos animales.

Más información: Instituto de Ciencias Básicas (IBS, Corea del Sur)

Selective killing of cancer cells by cluttering their waste disposal system:

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