Avance en la lucha contra el cáncer: investigadores de Zaragoza desarrollan unas nanopartículas que aumentan la eficacia de la radioterapia

Investigadores de la Universidad de Zaragoza en el Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón (INMA), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones científicas (CSIC) y la Universidad de Zaragoza, han desarrollado unas nanopartículas de platino capaces de aumentar de forma significativa la eficacia de la radioterapia en cáncer, en colaboración con el Instituto de Salud Carlos III, el Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO) y la Universidad de Elche.

El estudio demuestra que estas partículas actúan mediante un innovador doble mecanismo físico y químico, logrando frenar el crecimiento tumoral y aumentar la supervivencia en modelos animales. Este avance ha sido liderado en el INMA por Miguel Encinas, José Ignacio García-Peiró, José Luis Hueso y Jesús Santamaría. El INMA es el único centro de excelencia Severo Ochoa en Aragón y la investigación forma parte de una de las líneas estratégicas del Instituto, centrada en el desarrollo de terapias avanzadas contra el cáncer.

Un avance importante para la radioterapia

El trabajo se enfrenta a uno de los principales obstáculos en la radioterapia: la hipoxia tumoral, es decir, la escasez de oxígeno dentro de los tumores sólidos. Los tumores crecen tan rápidamente que sus vasos sanguíneos son defectuosos, generando un entorno de falta de oxígeno (hipoxia). La radioterapia daña el ADN de las células cancerosas, pero en un ambiente hipóxico, ese daño no se fija de forma irreversible y el tumor puede repararse y volverse resistente al tratamiento.

Los investigadores han diseñado nanopartículas de platino de menos de 3 nanómetros (nanopartículas Pt), miles de veces más pequeñas que el grosor de un cabello. Estas partículas pueden administrarse tanto por vía intravenosa como directamente en el tumor y presentan una propiedad clave: actúan simultáneamente por dos vías complementarias y cooperan en la muerte de las células cancerosas.

Por un lado, el platino (Pt) aumenta fuertemente la eficacia de la radiación gracias a un elevado coeficiente de absorción (lo que se debe a su alto número atómico), amplificando el efecto Compton y la producción de electrones secundarios, que multiplican el daño directo sobre el ADN de las células tumorales. Por otro lado, la acción catalítica del Pt genera oxígeno localmente, lo que revierte la hipoxia y dificulta la reparación celular, prolongando el daño que causa la radiación en las células tumorales. Es decir, se impide que el tumor repare el daño causado por la radiación y por eso aumenta la eficacia del tratamiento.

Además, los estudios no han detectado toxicidad sistémica, y el tamaño ultrapequeño de las nanopartículas usadas facilita su eliminación progresiva del organismo por vía urinaria.

De momento, los experimentos se han llevado a cabo con modelos celulares y animales, y ha quedado evidenciada la eficacia de las nanopartículas Pt como potenciadoras de los efectos de la radioterapia. Sin embargo, los investigadores subrayan que el estudio se encuentra en fase de prueba de concepto, todavía muy alejado de una posible traslación a la clínica.

Con un poco más de detalle: el "doble efecto" para atacar el cáncer

El potencial de este estudio radica en que estas minúsculas partículas de platino ejercen un efecto dual, aumentando el daño a las células tumorales por dos vías distintas al mismo tiempo, con un efecto físico y otro químico.

El efecto físico (el amplificador de radiación) es el siguiente. El platino (Pt) es un elemento químico pesado, con un número atómico elevado. Esto significa que actúa como una "esponja" que incrementa la radiación efectiva que recibe el paciente. Al absorberla, se produce una reacción física (la ampliación del efecto Compton) que hace que el platino dispare "electrones secundarios" a su alrededor. Es como si la radiación impactara en el platino y este generara “metralla microscópica” que multiplica el daño directo al ADN del tumor.

En cuando al fecto químico (la fábrica de oxígeno), el platino tiene un efecto catalítico, lo que significa que es capaz de acelerar reacciones químicas, en este caso imitando el comportamiento de una enzima natural de nuestro cuerpo llamada catalasa. ¿Qué hace exactamente? Descompone el peróxido de hidrógeno (agua oxigenada) que está presente en el tumor a concentraciones más elevadas que en las células sanas, y lo transforma en oxígeno localmente. Al aumentar la concentración de oxígeno en el microambiente tumoral disminuye la hipoxia y se dificulta que la célula tumoral pueda reparar el daño causado por la radiación.

Al combinar estos dos efectos, se ha conseguido una fuerte reducción del crecimiento tumoral utilizando dosis bajas de radiación. Pero además las características de estas partículas resultan clave para disminuir los efectos secundarios. De por sí, estas nanopartículas presentan una buena biocompatibilidad, es decir, generan toxicidad mínima en células sanas. Y por otro lado, su pequeño tamaño permite que pasen el filtro renal, facilitando que el cuerpo pueda eliminarlas de forma paulatina a través de la orina.

Los autores

Miguel Encinas, José Ignacio García-Peiró, José Luis Hueso y Jesús Santamaría son investigadores en el INMA (CSIC-Unizar) y miembros del Departamento de Ingeniería Química y Tecnologías del Medio Ambiente, del Instituto de Investigación Sanitaria Aragón (IIS Aragón), del Centro de Investigación 3 Biomédica en Red de Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN) y de la Unidad 9 de la Infraestructura Científico Técnica Singular NANBIOSIS. Los investigadores Antonio De la Vieja, Maria Pilar Martín-Duque y Laura Notario, del Instituto de Salud Carlos III. Han participado además, Eduardo Caleiras, del CNIO, y Felipe Hornos del Instituto de Investigación Desarrollo e Innovación en Biotecnología Sanitaria de Elche.