Mejora de la terapia contra el cáncer utilizando funcionalizado

Los investigadores logran mejorar la eficacia anticancerígena de las bacterias fotosintéticas de color púrpura etiquetándolas con moléculas bioactivas y derivados de polietilenglicol.

Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón

Imagen: Las membranas de las bacterias fotosintéticas fueron pegiladas para mejorar su biocompatibilidad y conversión fototérmica. Se adjuntaron además marcadores fluorescentes y un anticuerpo anti-PD-L1 para permitir la activación inmunológica y la localización de tumores. Las bacterias diseñadas demostraron una supresión tumoral eficaz y respuestas inmunológicas en un modelo de cáncer de colon en ratones.ver más

Crédito: Eijiro Miyako de JAIST.

Ishikawa, Japón -- Apuntar a tumores malignos con alta precisión es un desafío para los investigadores biomédicos. Sin embargo, es probable que este escenario sea testigo de un cambio de paradigma en un futuro próximo, mediante el uso de bacterias especialmente diseñadas que puedan eliminar células malignas de manera eficiente.

El uso de bacterias para atacar las células cancerosas, o la terapia bacteriana, se puede mejorar aún más mediante la ingeniería genética y la nanotecnología. Sin embargo, su eficacia puede verse obstaculizada debido a limitaciones técnicas y al posible desarrollo de resistencia a los antibióticos. Por lo tanto, es crucial lograr una modificación química moderada pero eficaz de las bacterias para mejorar su biocompatibilidad y funcionalidad, de modo que sus capacidades médicas no se vean comprometidas.

Recientemente, ciertos tipos de bacterias fotosintéticas de color púrpura (PPSB) han pasado a primer plano por su potencial para abordar los desafíos de la terapia bacteriana. Explorando esto más a fondo, un estudio publicado en línea el 14 de agosto de 2023 en Nano Today informa el uso de PPSB modificado químicamente para detectar y eliminar células cancerosas difíciles de erradicar en un modelo de ratón.

El estudio, dirigido por el profesor asociado Eijiro Miyako del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón (JAIST), seleccionó Rhodopseudomonas palustris (RP) como la bacteria óptima para realizar los estudios. “La RP demostró excelentes propiedades, como fluorescencia en el infrarrojo cercano (NIR), conversión fototérmica y baja citotoxicidad. Absorbe la luz NIR y produce radicales libres, una propiedad que puede utilizarse para matar células cancerosas”, explica el profesor Miyako.

En un intento por mejorar la eficacia terapéutica de la cepa aislada, el equipo buscó modificaciones químicas para alterar las membranas bacterianas. Primero, realizaron la PEGilación de la membrana, o la unión de derivados de polietilenglicol a las paredes celulares bacterianas. Investigaciones anteriores indican que la PEGilación bacteriana ayuda a evadir la respuesta inmune del huésped y convierte la energía luminosa en calor, que luego puede utilizarse para eliminar selectivamente las células cancerosas.

Los resultados iniciales fueron alentadores. Por ejemplo, recubrir la superficie de la membrana RP con un "anclaje biocompatible para membrana (BAM)" no afectó negativamente la viabilidad de las células RP durante al menos una semana. Además, las RP funcionalizadas con BAM no fueron eliminadas mediante fagocitosis por los macrófagos, células que desempeñan un papel clave en las acciones defensivas del sistema inmunológico contra las invasiones bacterianas.

A continuación, los investigadores conectaron un conjugado fluorescente "Alexa488-BSA" a los RP funcionalizados con BAM, creando así un complejo bacteriano con un marcador fluorescente rastreable. Este conjugado fue posteriormente reemplazado por un anticuerpo "PD-L1". Estudios anteriores han demostrado que las células cancerosas expresan una proteína llamada "ligando 1 de muerte celular programada (PD-L1)" en su superficie. PD-L1 puede desactivar suavemente el sistema de defensa del huésped uniéndose a los receptores PD-1. Esto permite que las células cancerosas evadan la detección y eliminación inmunitaria. Los anticuerpos anti-PD-L1 bloquean esta interacción, evitando así que las células cancerosas eviten la destrucción mediada por el sistema inmunológico.

Como se esperaba, tanto anti-PD-L1 – BAM – RP como RP inhibieron el crecimiento tumoral en un modelo murino de cáncer de colon. Sin embargo, los anti-PD-L1–BAM–RP, BAM–RP y RP, cuando se excitan con un láser, mostraron un efecto anticancerígeno especialmente dramático. De hecho, los tumores sólidos desaparecieron por completo después de la irradiación con láser de anti-PD-L1–BAM–RP, BAM–RP o RP que se inyectaron en ratones portadores de tumores. Además, al evaluar las propiedades de conversión fototérmica, tanto el anti-PD-L1-BAM-RP como el RP natural exhibieron una fuerte conversión fototérmica debido a la presencia de moléculas de bacterioclorofila (BChl) impulsadas por la luz.

Entre los diversos bioconjugados, el anti-PD-L1–BAM–RP mostró la mayor eficacia en la etapa inicial del tratamiento. Además, no era tóxico para las células sanas circundantes ni para el huésped murino. Experimentos posteriores revelaron el mecanismo subyacente de la aniquilación del tumor de colon en el modelo de ratón.

“Nuestros hallazgos revelaron que las bacterias funcionales impulsadas por la luz demostraron funciones ópticas e inmunológicas efectivas en el modelo murino de cáncer de colon. Además, la fluorescencia NIR de los complejos bacterianos diseñados se utilizó para localizar tumores, allanando efectivamente el camino para futuras traducciones clínicas”, afirma el profesor Miyako.

Y añade: "Creemos que esta tecnología bacteriana podría estar disponible para ensayos clínicos en 10 años y tener implicaciones positivas para el diagnóstico y la terapia del cáncer".

Esperamos que la terapia bacteriana ayude a los investigadores, oncólogos y pacientes con cáncer a obtener el alivio que tanto necesitan.

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Referencia

Título del artículo original:

Inmunoteranósticos contra el cáncer que utilizan complejos bacterianos fotosintéticos nanorevestidos bioactivos

Autores:

Sheethal Reghu, Seigo Iwata, Satoru Komatsu, Takafumi Nakajo, Eijiro Miyako*

Diario:

Nano hoy

DOI:

10.1016/j.nantod.2023.101966

Acerca del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón, Japón

Fundado en 1990 en la prefectura de Ishikawa, el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón (JAIST) fue la primera escuela nacional independiente de posgrado en Japón. Ahora, después de 30 años de progreso constante, JAIST se ha convertido en una de las mejores universidades de Japón. JAIST cuenta con múltiples campus satélites y se esfuerza por fomentar líderes capaces con un sistema educativo de vanguardia donde la diversidad es clave; Alrededor del 40% de sus alumnos son estudiantes internacionales. La universidad tiene un estilo único de educación de posgrado basado en un plan de estudios cuidadosamente diseñado y orientado a cursos para garantizar que sus estudiantes tengan una base sólida sobre la cual llevar a cabo investigaciones de vanguardia. JAIST también trabaja en estrecha colaboración con comunidades locales y extranjeras mediante la promoción de la investigación colaborativa entre la industria y la academia.

Acerca del profesor asociado Eijiro Miyako del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón, Japón

El Dr. Eijiro Miyako es profesor asociado en el Área de Investigación de Fronteras de la Química de Materiales del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón (JAIST). Obtuvo su doctorado. en Ingeniería Química y Bioquímica de la Universidad de Kyushu. El laboratorio del Dr. Miyako realiza investigaciones en Bioquímica, Biomateriales, Ingeniería Biomédica y Nanomateriales. Tiene más de 70 publicaciones en su haber, incluidas las publicadas en Scientific Reports, Nature Communications, Angewandte Chemie International Edition y Proceedings of the National Academy of Sciences de los Estados Unidos de América. También ha recibido numerosos premios de investigación.

Información de financiación

Este trabajo fue financiado por la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia (JSPS), Beca KAKENHI para Investigación Científica (A) (Número de subvención 23H00551), Subvención JSPS KAKENHI para Investigación Desafiante (Pionera) (Número de subvención 22K18440), la Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología para el Programa de Transferencia de Tecnología Adaptable y Sin Interrupciones a través de I+D impulsada por objetivos (Número de subvención JPMJTR22U1), el Instituto de Fermentación de Osaka (IFO) y la Fundación Uehara Memorial.

Nano hoy

10.1016/j.nantod.2023.101966

Inmunoteranósticos contra el cáncer que utilizan complejos bacterianos fotosintéticos nanorevestidos bioactivos

14-ago-2023

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