Ingenieros y médicos de Cornell han descubierto que las nanopartículas ultrapequeñas de sílice pueden convertir tumores fríos en calientes, lo que facilita la inmunoterapia en cánceres difíciles de tratar. Este hallazgo podría abrir un nuevo camino para el tratamiento del melanoma y otros tumores sólidos.
Unas diminutas partículas diseñadas inicialmente para iluminar los cánceres en una exploración ahora están demostrando que pueden ayudar al sistema inmunológico a combatir esos tumores desde adentro hacia afuera.
Un equipo dirigido por Cornell ha descubierto que las nanopartículas de sílice ultrapequeñas, llamadas puntos principales de Cornell o C'dots, pueden reprogramar el entorno que rodea los tumores de melanoma y aumentar drásticamente el poder de la inmunoterapia contra el cáncer en modelos de ratón.
La investigación, dirigida por Michelle Bradbury de Weill Cornell Medicine y el ingeniero Ulrich Wiesner de Cornell Engineering, es publicado en la revista Nature Nanotechnology.
Los C'dots son nanopartículas de sílice fluorescentes con núcleo-capa que ya se han probado en ensayos clínicos con humanos como herramientas de imagenología y portadores de fármacos. El nuevo estudio revela algo inesperado: las propias partículas actúan como potentes agentes anticancerígenos, incluso sin transportar un fármaco.
“Es un descubrimiento muy sorprendente”, declaró Wiesner, profesor de Ingeniería Spencer T. Olin en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, cuyo laboratorio desarrolló originalmente los C'dots, en un comunicado de prensa. “Los C'dots por sí solos, sin ninguna sustancia farmacéutica en su superficie, inducen una amplia gama de efectos antitumorales en el tejido tumoral de modelos de melanoma que, en parte, son totalmente inesperados”.
El microambiente tumoral, o EMT, es el complejo entorno de células cancerosas, células inmunitarias, vasos sanguíneos y tejidos de soporte que rodea un tumor. En muchos cánceres sólidos agresivos, este entorno es hostil al sistema inmunitario y resiste a las inmunoterapias modernas, que son fármacos que liberan las defensas del propio organismo contra el cáncer.
El melanoma, junto con los cánceres de próstata, mama y colon, suele generar lo que los investigadores denominan tumores "fríos". Estos tumores no desencadenan una respuesta inmunitaria fuerte y con frecuencia no responden a la inmunoterapia.
En el nuevo estudio, el equipo de Cornell utilizó modelos de melanoma agresivos y resistentes a la inmunoterapia para evaluar qué sucede al introducir C'dots en este entorno supresor. Descubrieron que las nanopartículas activan varios procesos antitumorales a la vez.
Las partículas estimularon la respuesta inmunitaria innata al activar los receptores de reconocimiento de patrones, los sensores celulares que detectan las señales de peligro. Impulsaron a las células cancerosas a una detención del ciclo celular, ralentizando o deteniendo su capacidad de multiplicarse. Redujeron la inmunosupresión en el microambiente tumoral y reprogramaron células inmunitarias clave, como los linfocitos T y los macrófagos, para atacar el cáncer con mayor eficacia.
Esto cambia la manera en que los científicos piensan sobre el papel de dichas nanopartículas, según Bradbury, profesor titular de Investigación en Imágenes en Radiología y profesor de radiología en Weill Cornell Medicine.
“Esta plataforma no actúa simplemente como un portador pasivo o un vehículo de administración; estas nanopartículas son agentes terapéuticos intrínsecamente activos”, afirmó en el comunicado de prensa. “En lugar de actuar sobre una sola vía, estas partículas interactúan con múltiples mecanismos simultáneamente y de maneras que las terapias convencionales no pueden lograr fácilmente”.
Al cambiar varias palancas a la vez, los C'dots convirtieron los tumores “fríos” en “calientes”, creando un ambiente inflamado e inmunoactivo que hizo que los cánceres fueran mucho más vulnerables al tratamiento.
Para ver cómo esto podría traducirse en mejores resultados, los investigadores combinaron C'dots con una estrategia de inmunoterapia dual dirigida tanto a un punto de control inmunitario como a una citocina, una molécula de señalización que ayuda a regular las respuestas inmunitarias. En modelos murinos, los animales que recibieron la combinación vivieron significativamente más que aquellos tratados solo con inmunoterapia.
Los dos enfoques trabajaron juntos: las nanopartículas remodelaron el paisaje inmunológico dentro del tumor y las inmunoterapias dieron un golpe mucho más fuerte.
“Muchos tumores agresivos son resistentes a las inmunoterapias por sí solos”, añadió Bradbury. “Estas nanopartículas mitigan las actividades inhibidoras dentro del TME, suprimiendo así el crecimiento tumoral y limitando la resistencia”.
Aunque el estudio se centró en el melanoma, el equipo ha observado efectos inmunoactivadores similares de los C'dots en otros modelos de tumores sólidos, como el cáncer de próstata y el cáncer de ovario. Esto sugiere que el enfoque podría tener amplias aplicaciones si se demuestra su seguridad y eficacia en futuras pruebas.
Los hallazgos también plantean preguntas intrigantes sobre por qué la sílice, un mineral común, tendría efectos tan amplios en el sistema inmunológico.
Wiesner señaló la larga historia evolutiva de organismos que interactúan con diminutas partículas de sílice.
“Desde las primeras etapas de la evolución, los organismos biológicos han estado expuestos a la sílice nanoparticulada en su interior, incluso a través de la ingesta de alimentos como hierbas y algas marinas”, dijo.
Él y sus colegas están explorando una hipótesis que vincula esta exposición a largo plazo con la capacidad del cuerpo para mantener el equilibrio, u homeostasis, incluso frente a enfermedades como el cáncer.
La hipótesis es que el cáncer desequilibra el sistema, alejándolo de la homeostasis. Pero el sílice lo contrarresta, y la razón de su efecto multifactorial es que, a lo largo de millones de años, los organismos desarrollaron diversos mecanismos mediante los cuales el sílice puede, básicamente, mantener la homeostasis, añadió Wiesner.
Esta idea aún es especulativa, y aún queda mucho trabajo por hacer antes de que los C'dots se conviertan en un componente estándar de la atención oncológica. Los hallazgos actuales provienen de modelos animales, y los investigadores deberán comprender mejor los mecanismos involucrados, perfeccionar las estrategias de dosificación y administración, y evaluar su seguridad y eficacia en personas.
El equipo ahora está colaborando con investigadores de ciencias nutricionales de Cornell para investigar los ángulos evolutivos y dietéticos de la exposición a la sílice, mientras también explora cómo los C'dots podrían usarse contra una gama más amplia de tumores sólidos.
Si los estudios futuros tienen éxito, el mismo tipo de nanopartícula que alguna vez ayudó a los médicos a ver los tumores con mayor claridad podría algún día ayudar a los sistemas inmunológicos de los pacientes a destruirlos, ofreciendo una nueva forma de abordar los cánceres que han resistido el tratamiento durante mucho tiempo.
Fuente: Cornell University