MADRID 22 Mar. (EUROPA PRESS) -
Investigadores de Columbia Engineering, la escuela de ingeniería y ciencias aplicadas de la Universidad de Columbia, en Estados Unidos, han desarrollado un sistema de "camuflaje" que oculta temporalmente las bacterias terapéuticas de los sistemas inmunitarios, lo que les permite administrar más eficazmente los fármacos a los tumores y matar las células cancerosas en ratones.
Al manipular el ADN de los microbios, programaron circuitos genéticos que controlan la superficie de las bacterias, construyendo un "manto" molecular que las encapsula, explica en un artículo publicado en la revista 'Nature Biotechnology'.
"Lo realmente emocionante de este trabajo es que podemos controlar el sistema de forma dinámica", afirma Tal Danino, profesor asociado de ingeniería biomédica, que codirigió el estudio en colaboración con Kam Leong, profesor de ingeniería biomédica Samuel H. Sheng.
"Podemos regular el tiempo que las bacterias sobreviven en la sangre humana y aumentar la dosis máxima tolerable de bacterias --explica--. También demostramos que nuestro sistema abre una nueva estrategia de administración de bacterias en la que podemos inyectarlas en un tumor accesible, y hacer que migren de forma controlada a tumores distales como las metástasis, células cancerosas que se extienden a otras partes del cuerpo".
Los investigadores se centraron en los polisacáridos capsulares (PAC), polímeros de azúcar que recubren las superficies bacterianas. En la naturaleza, los PAC ayudan a muchas bacterias a protegerse de los ataques, incluidos los del sistema inmunitario.
"Secuestramos el sistema PAC de una cepa probiótica de 'E. coli', la Nissle 1917 --explica Tetsuhiro Harimoto, estudiante de doctorado del laboratorio de Danino y coautor del estudio--. Con los PAC, estas bacterias pueden eludir temporalmente el ataque inmunitario; sin los PAC, pierden su protección de encapsulación y pueden ser eliminadas en el organismo. Así que decidimos intentar construir un interruptor de encendido/apagado eficaz".
Para ello, los investigadores diseñaron un nuevo sistema CAP, al que llamaron CAP inducible o iCAP. Controlan el sistema iCAP dándole una señal externa -una pequeña molécula llamada IPTG- que permite una alteración programable y dinámica de la superficie celular de 'E. coli'.
Dado que el iCAP altera las interacciones de las bacterias con los sistemas inmunitarios (como la limpieza de la sangre y la fagocitosis) de forma dirigida, el equipo descubrió que podía controlar el tiempo que las bacterias pueden sobrevivir en la sangre humana, ajustando la cantidad de IPTG que le dan a la 'E. coli iCAP.'
Aunque el uso de bacterias para la terapia es un enfoque nuevo y alternativo para tratar una amplia gama de cánceres, hay una serie de desafíos, en particular, su toxicidad. A diferencia de muchos fármacos tradicionales, estas bacterias están vivas y pueden proliferar en el organismo.
Además, son detectadas por el sistema inmunitario del organismo como extrañas y peligrosas, lo que provoca una respuesta inflamatoria elevada -demasiadas bacterias significan una gran toxicidad debido a la sobreinflamación- o una rápida eliminación de las bacterias -demasiadas pocas bacterias significan que no hay eficacia terapéutica-.
Jaeseung Hahn, investigador postdoctoral en los laboratorios de Danino y Leong que codirigió el proyecto, señala que "en los ensayos clínicos, estas toxicidades han demostrado ser el problema crítico, limitando la cantidad que podemos dosificar de bacterias y comprometiendo la eficacia. Algunos ensayos han tenido que ser interrumpidos debido a la toxicidad severa".
Las bacterias ideales deben ser capaces de eludir el sistema inmunitario al entrar en el cuerpo y llegar eficazmente al tumor. Y una vez en el tumor, deben ser eliminadas en otras partes del cuerpo para minimizar la toxicidad.
El equipo utilizó modelos tumorales de ratón para demostrar que, mediante el iCAP, podían aumentar 10 veces la dosis máxima tolerable de bacterias. Encapsularon la cepa de 'E. coli' para que pudiera eludir el sistema inmunitario y llegar al tumor. Como no administraron IPTG en el cuerpo, la 'E. coli iCAP' perdió su encapsulación con el tiempo y fue más fácil de eliminar en otras partes del cuerpo, minimizando así la toxicidad.
Para comprobar su eficacia, los investigadores modificaron la 'E. coli iCAP' para que produjera una toxina antitumoral y consiguieron reducir el crecimiento del tumor en modelos de ratón de cáncer colorrectal y de mama más que en el grupo de control sin el sistema iCAP.
El equipo también demostró una migración bacteriana controlable dentro del organismo. Estudios anteriores han demostrado que niveles bajos de bacterias se escapan de los tumores cuando éstos crecen. Para este nuevo estudio, el equipo de Columbia utilizó el iCAP para demostrar que puede controlar la fuga de bacterias de un tumor, así como su translocación a otros tumores.
Inyectaron 'E. coli iCAP' en un tumor, alimentaron a los ratones con agua que contenía IPTG, activaron iCAP dentro de un tumor y vieron cómo 'E. coli iCAP' se escapaba y migraba a tumores no inyectados.
El grupo está explorando una serie de áreas de investigación. Hay más de 80 tipos diferentes de CAP que existen sólo para 'E. coli' y aún más para otras especies de bacterias que podrían diseñarse utilizando enfoques similares. Además, la CAP no es la única molécula que tienen las bacterias en su superficie, y otras moléculas superficiales podrían controlarse de forma similar.
Asimismo, aunque en este ejemplo la iCAP se controla mediante un IPTG suministrado externamente, podrían utilizarse otros sistemas de control, como los biosensores, para controlar de forma autónoma las propiedades superficiales de las bacterias terapéuticas.
El equipo, también afiliado al Centro Oncológico Integral Herbert Irving y al Instituto de Ciencias de los Datos de Columbia, señala que la traslación clínica es el próximo gran reto que les gustaría abordar.
"Aunque hay muchas investigaciones de laboratorio que muestran diversas formas de diseñar microbios, es muy difícil aplicar estas potentes terapias a un cuerpo animal o humano complejo --apunta Harimoto--. Hemos demostrado una prueba de concepto en modelos de ratón, pero dado que los humanos son 250 veces más sensibles a las endotoxinas bacterianas que los ratones, esperamos que nuestros resultados tengan un efecto aún mayor en los pacientes humanos que en los ratones".
Por su parte, Leong señala que "la terapia bacteriana contra el cáncer tiene ventajas únicas sobre la terapia farmacológica convencional, como la focalización eficaz en el tejido tumoral y la liberación programable del fármaco. Sin embargo, su potencial toxicidad ha limitado todo su potencial. El método de camuflaje presentado en este estudio puede resolver este problema crítico", asegura.
