¿Nanopartículas? ¡Sí, por favor!

Un problema serio: El cáncer

El cáncer engloba a un amplio grupo de enfermedades en las que aumenta el número de divisiones celulares y la velocidad en que estas se producen (tenemos más células en poco tiempo). En el cáncer, las células se dividen y crecen sin control, formando los conocidos tumores, y, en formas más avanzadas, pueden llegar a invadir otras partes del cuerpo más lejanas porque son capaces de entrar en la circulación sanguínea, distribuirse por el cuerpo y salir otra vez hacia los tejidos. Los más frecuentes son el de pulmón, mama, colon, próstata o de piel, pero en total hay más de 200 tipos diferentes de cáncer que afectan a humanos. Además, actualmente es una de las principales causas de muerte en la población, por lo que buscar (y encontrar) terapias eficaces contra estas enfermedades sería una gran noticia para los millones de afectados (y para sus seres queridos).

El tratamiento y prevención del cáncer es el foco de una parte bastante importante de la investigación. Uno de los tratamientos más conocidos y establecidos a día de hoy es la quimioterapia. La quimioterapia se basa principalmente en el empleo de sustancias que actúan destruyendo las células que se dividen rápidamente, pues es una de las propiedades principales de la mayoría de las células de cáncer, y son los llamados fármacos antineoplásicos. Pero todo tiene un contra: también pueden dañar otras células sanas que se dividan rápidamente bajo circunstancias normales como, por ejemplo, las células del folículo piloso (las que producen cada uno de tus pelos). Debido a ello tiene muchos efectos secundarios, siendo uno de los más característicos la pérdida de cabello (alopecia). Esta terapia tan frecuentemente usada no es la mejor opción para combatir el cáncer porque tiene unos efectos muy generalizados, en lugar de atacar específicamente (y solamente) a las células realmente problemáticas, las cancerosas, sin afectar al resto del organismo.

Representación 3D ficticia de una nanopartícula.

Gracias a los avances en ciencia, el problema de la inespecificidad de la quimioterapia se está intentando resolver con la aparición y desarrollo de nuevas técnicas como la del transporte mediado por nanopartículas, de la que vamos a hablar a continuación. Suena a ciencia ficción, pero es una técnica de gran potencial que está en fase de prueba y a la espera de implantarse como un tratamiento contra el cáncer.

La técnica consiste en encapsular el medicamento en una especie de “jaula” que permanece cerrada hasta que se encuentra con la célula cancerosa. En ese momento, la célula cancerosa funciona como una “llave”, abriendo la “jaula” y liberando el medicamento en esa localización, destruyendo solamente la célula cancerosa y sin afectar al resto de las células.

Las preguntas que suelen surgir con respecto a esta técnica son:

¿Cuál es esa “llave”?

Las “llaves” son marcadores específicos que se expresan en células cancerosas, es decir, son principalmente proteínas que se encuentran en su superficie y son exclusivas de estas células. Por lo tanto, estos marcadores nos permiten discriminar entre una célula sana y una tumoral. Entonces, lo que se hace es dotar a la “jaula” con la capacidad para que reconozca a uno de estos marcadores y así conseguimos la especificidad que caracteriza a esta técnica.

DNA origami: smiley face DNA

¿De qué material está hecha la “jaula”?

Las llamadas “jaulas” están formadas por una estructura de ADN denominada como ADN origami y sí, se podría decir que tiene algo parecido con el arte que le da nombre. La característica especial del ADN origami es que nos permite el ensamblaje de diferentes y múltiples estructuras tridimensionales con hebras de ADN, incluso caritas sonrientes.

Para la construcción de la “jaula” hace falta una larga cadena simple de ADN y un conjunto de pequeños fragmentos de ADN diferentes (también de cadena simple). Se mezcla todo junto y se deja durante un tiempo para que consiga adoptar la estructura correcta. He aquí el origen del nombre: en el origami doblamos papel, y aquí lo que doblamos es el ADN. Este ensamblaje no ocurre por casualidad, sino que los fragmentos pequeños de ADN que se usan están cuidadosamente diseñados por empresas que se dedican a ello y lo mantienen en secreto (como la fórmula de la Coca-Cola) para ser las únicas a las que acudir cuando queramos usar esta técnica; por ello, no conocemos con demasiado detalle cómo esos fragmentos se organizan para conseguir la estructura de la “jaula”.

Esperamos que este vídeo te facilite la compresión :)

Vídeo explicativo sobre la construcción del ADN origami.

Obtenido de YouTube (canal Cienciadictos).

La “jaula” entonces está formada por dos láminas de ADN origami unidas por bisagras de ADN flexible, tal y como se indica en el vídeo. Para la introducción del fármaco, en el interior de la “jaula” hay una serie de mini-secuencias que se unen con una gran afinidad al fármaco, como si se trataran de enganches, lo que permite que no se salga del interior de la nanopartícula. Una vez tengamos la “jaula” completamente formada, se mantendrá cerrada hasta que entre en contacto con la célula cancerosa que tenga la “llave”. En ese momento, el fármaco se liberará para actuar y eliminará esa célula en concreto.

Aquí tienes otro vídeo aclaratorio:

Video explicativo del funcionamiento de una nanopartícula.

Obtenido de YouTube (canal Cienciadictos).

Pero todo esto...

¿Realmente funciona cuando pasamos de la teoría a la práctica?

Las pruebas realizadas hasta el momento han sido sobre pequeñas poblaciones de células y se ha visto que los daños colaterales (la apertura de la jaula debida a células que no son cancerosas) son prácticamente nulos. También se han hecho pruebas poniendo diferentes células cancerosas juntas (que expresan diferentes “llaves”) y se vio como la nanopartícula se abría específicamente ante la célula tumoral para la que había sido diseñada (la única que tiene la “llave” que la abre). ¡Parece que vamos por el buen camino!

Para terminar...

Como una imagen vale más que mil palabras, pasaremos a mostraros un vídeo donde veremos la aplicación de esta técnica con la doxorrubicina (Dox), un fármaco muy usado en quimioterapia. Se trata de un agente intercalante, es decir, es una molécula capaz de encajar en el medio del ADN, afectando a su estructura y causando la muerte de la célula.

Obtenido de YouTube (canal Cienciadictos).

El potencial que presenta esta nueva técnica es enorme, pues nos permite seleccionar exclusivamente la diana a nivel celular para el tratamiento, sin afectar a las células sanas. En esta entrada, nos hemos centrado en el ejemplo para una terapia contra cáncer, pero esta técnica se puede extrapolar a terapias usadas para otras enfermedades en las que se necesite que el tratamiento llegue solo a un conjunto de células sin afectar al resto.

Referencias

- Therapeutic Nanoparticles for Drug Delivery in Cancer. Kwangjae Cho, Xu Wang, Shuming Nie, et al. Clin Cancer Res 2008;14:1310-1316.

- http://www.nature.com/news/dna-robot-could-kill-cancer-cells-1.10047

- Design of DNA origami. Paul W.K. Rothemund. Computer Science and Computation and Neural Systems. California Institute of Technology, Pasadena, CA 91125.

- What to make with DNA origami. NATURE | Vol 464 | 11 March 2010

- Imágenes obtenidas desde Google.

- Vídeos editados por CienciAdictos, más información sobre las fuentes en: http://www.youtube.com/user/cienciadictos/videos