Investigadores desarrollan bacterias controladas por sonido para combatir el cáncer

Desde su invención, la quimioterapia ha demostrado ser una herramienta valiosa en el tratamiento de muchos tipos de cáncer, pero tiene una gran desventaja. Además de matar las células cancerosas, también puede matar las células sanas como las de los folículos pilosos, causando calvicie; y los que recubren el estómago, causando náuseas.

Los científicos de Caltech pueden tener una solución mejor: bacterias modificadas genéticamente y controladas por sonido que buscan y destruyen las células cancerosas. En un nuevo artículo que aparece en la revista Comunicaciones de la naturaleza, investigadores del laboratorio de Mikhail Shapiro, profesor de ingeniería química e investigador del Instituto Médico Howard Hughes, muestran cómo han desarrollado una cepa especializada de la bacteria Escherichia coli (E. coli) que busca e infiltra tumores cancerosos cuando se inyecta en el interior de un paciente. cuerpo. Una vez que las bacterias han llegado a su destino, pueden activarse para producir medicamentos contra el cáncer con pulsos de ultrasonido.

«El objetivo de esta tecnología es aprovechar la capacidad de los probióticos diseñados para infiltrarse en los tumores, mientras se usa el ultrasonido para activarlos y liberar fármacos potentes dentro del tumor», dice Shapiro.

El punto de partida de su trabajo fue una cepa de E. coli llamada Nissle 1917, que está aprobada para usos médicos en humanos. Después de ser inyectadas en el torrente sanguíneo, estas bacterias se propagan por todo el cuerpo. Luego, el sistema inmunitario del paciente los destruye, excepto aquellas bacterias que han colonizado tumores cancerosos, que ofrecen un entorno inmunodeprimido.

Para convertir la bacteria en una herramienta útil para tratar el cáncer, el equipo las diseñó para que contuvieran dos nuevos conjuntos de genes. Un conjunto de genes es para producir nanocuerpos, que son proteínas terapéuticas que desactivan las señales que utiliza un tumor para prevenir una respuesta antitumoral del sistema inmunitario. La presencia de estos nanocuerpos permite que el sistema inmunitario ataque al tumor. El otro conjunto de genes actúa como un interruptor térmico para activar los genes del nanocuerpo cuando la bacteria alcanza una temperatura específica.

Al insertar los genes de nanocuerpos y dependientes de la temperatura, el equipo pudo crear cepas de bacterias que solo producían nanocuerpos supresores de tumores cuando se calentaban a una temperatura de activación de 42-43 grados centígrados. Dado que la temperatura normal del cuerpo humano es de 37 grados centígrados, estas cepas no comienzan a producir sus nanocuerpos antitumorales cuando se inyectan en una persona. En cambio, crecen silenciosamente dentro de los tumores hasta que una fuente externa los calienta a su temperatura de activación.

Pero, ¿cómo se calientan las bacterias que se encuentran en un lugar específico, potencialmente en lo más profundo del cuerpo donde está creciendo un tumor? Para ello, el equipo utilizó ultrasonido focalizado (FUS). FUS es similar al ultrasonido que se usa para obtener imágenes de los órganos internos o de un feto que crece en el útero, pero tiene una intensidad más alta y se enfoca en un punto estrecho. Enfocar el ultrasonido en un punto hace que el tejido en ese lugar se caliente, pero no el tejido que lo rodea; al controlar la intensidad del ultrasonido, los investigadores pudieron elevar la temperatura de ese tejido a un grado específico.

«El ultrasonido enfocado nos permitió activar la terapia específicamente dentro de un tumor», dice Mohamad Abedi, ex Ph.D. estudiante en el grupo de Shapiro que codirigió el proyecto y ahora es becario postdoctoral en la Universidad de Washington. «Esto es importante porque estos potentes medicamentos, que son tan útiles en el tratamiento de tumores, pueden causar efectos secundarios significativos en otros órganos donde también pueden estar presentes nuestros agentes bacterianos».

Para probar si su cepa de bacterias diseñada funcionó según lo previsto, el equipo de investigación inyectó células bacterianas en ratones de laboratorio afectados por tumores. Después de dar tiempo a las bacterias para infiltrarse en los tumores, el equipo usó ultrasonido para calentarlos.

A través de una serie de ensayos, los investigadores encontraron que los ratones tratados con esta cepa de bacterias y ultrasonido mostraron un crecimiento tumoral mucho más lento que los ratones tratados solo con ultrasonido, los ratones tratados solo con la bacteria y los ratones que no recibieron ningún tratamiento.

Sin embargo, el equipo también descubrió que algunos de los tumores en los ratones tratados no se redujeron en absoluto.

«Este es un resultado muy prometedor porque demuestra que podemos dirigir la terapia correcta al lugar correcto en el momento correcto», dice Shapiro. «Pero como con cualquier tecnología nueva, hay algunas cosas que optimizar, incluida la adición de la capacidad de visualizar los agentes bacterianos con ultrasonido antes de que los activemos y dirigirles los estímulos de calor con mayor precisión».