Científicos convierten células cancerosas en fábricas de medicamentos que las destruyen

Investigadores de RIKEN en Japón desarrollaron una innovadora estrategia para combatir el cáncer, transformando un gas tóxico producido por las células cancerosas en un arma contra ellas mismas. En lugar de administrar medicamentos tóxicos en todo el cuerpo, su enfoque experimental utiliza el monóxido de carbono liberado por las células tumorales para fabricar compuestos anticancerígenos directamente en el interior de las células malignas.

El estudio, liderado por Katsunori Tanaka en el RIKEN Pioneering Research Institute, fue publicado en Nature Communications. En experimentos de laboratorio, el equipo demostró que un compuesto diseñado específicamente podría activar la producción de medicamentos dentro de las células cancerosas sin generar sustancias tóxicas en las células sanas. Aunque la técnica se encuentra aún en una etapa temprana, podría ofrecer una forma de atacar los tumores mientras se reducen los efectos secundarios nocivos asociados con los tratamientos convencionales de cáncer.

Utilizando el gas tóxico del propio cáncer

Uno de los mayores desafíos en el tratamiento del cáncer es destruir las células malignas sin dañar los tejidos sanos. La quimioterapia tradicional puede provocar efectos secundarios graves, ya que sus efectos tóxicos no siempre se limitan a los tumores. Tanaka y su equipo investigan estrategias más selectivas que podrían hacer que los tratamientos contra el cáncer sean más seguros.

Su objetivo a largo plazo es reemplazar la entrega directa de medicamentos tóxicos por compuestos relativamente inofensivos que se activen solo después de ingresar a las células cancerosas. Estos compuestos aprovecharían sustancias ya presentes en los tumores para generar medicamentos terapéuticos exactamente donde se necesitan.

El monóxido de carbono ofrece una oportunidad intrigante para este enfoque. Aunque es conocido principalmente como un gas venenoso producido por fuentes como motores de gasolina, el monóxido de carbono también se genera de manera natural por muchos tipos de células cancerosas. Dado que los tumores pueden producir cantidades inusualmente altas de este gas, podría servir como un marcador biológico útil para identificar células cancerosas, siempre que se pueda detectar.

Los científicos del Laboratorio de Química Sintética Biofuncional de RIKEN investigaron si podían aprovechar esta diferencia. Su estrategia consistió en entregar un catalizador metálico a las células y usar el exceso de monóxido de carbono en las células cancerosas para impulsar una reacción química que produce un compuesto tóxico. En principio, la reacción ocurriría principalmente en las células cancerosas, donde hay suficiente monóxido de carbono disponible, mientras se preservan las células normales.

Protegiendo el catalizador dentro de las células cancerosas

Para que el sistema funcione, los investigadores recurrieron a una clase de compuestos conocidos como palladaciclos. Estos compuestos que contienen metal pueden reaccionar con el monóxido de carbono para producir una molécula orgánica llamada fenantridinona. Ciertas derivadas de la fenantridinona son tóxicas para las células y ya se han incorporado en medicamentos anticancerígenos.

No obstante, existía un gran obstáculo. Cuando los palladaciclos se introducen directamente en las células, sustancias como el glutatión desactivan rápidamente su catalizador de paladio central. Sin un catalizador activo, la reacción no puede producir el medicamento deseado.

El equipo de Tanaka abordó este problema aprovechando su trabajo previo con catalizadores metálicos para llevar a cabo reacciones químicas en sistemas vivos. Los investigadores encapsularon un palladaciclo dentro de albúmina, una proteína comúnmente encontrada en la sangre. Este transportador protector permite que el complejo viaje a través del torrente sanguíneo mientras protege el catalizador de paladio de sustancias que, de otro modo, lo desactivarían al ingresar a las células.

Pruebas de laboratorio revelan producción selectiva de medicamentos

Los científicos evaluaron su sistema mediante una serie de experimentos. Comenzaron probando diferentes palladaciclos para identificar cuál podría generar la mayor cantidad de fenantridinona.

A continuación, expusieron células cancerosas humanas de hígado, cuello uterino, mama y pulmón al complejo de albúmina y palladaciclo durante 48 horas. También probaron el compuesto en una línea celular no cancerosa para determinar si la misma reacción química ocurriría en células sanas.

Después de 48 horas, los investigadores detectaron fenantridinona en las líneas celulares cancerosas, pero no en las células normales. Los hallazgos indicaron que el transportador de albúmina protegió con éxito al catalizador del glutatión y que la reacción química ocurrió selectivamente en las células cancerosas bajo las condiciones probadas.

El equipo luego refinó el sistema para que el nuevo compuesto formado pudiera separarse del transportador y moverse libremente por toda la célula. Modificaciones adicionales permitieron que la reacción generara un derivado de fenantridinona particularmente tóxico que ya se utiliza en medicamentos anticancerígenos.

Cuando los investigadores introdujeron este sistema modificado en células cancerosas de hígado cultivadas, observaron que el compuesto anticancerígeno se formaba dentro de las células. Posteriormente, las células mostraron signos de daño causado por el medicamento tóxico, lo que proporciona evidencia de que el enfoque podría generar una sustancia contra el cáncer directamente en su objetivo previsto.

Por qué el medicamento experimental no se formó en la sangre

Una preocupación importante de seguridad involucró el monóxido de carbono ya presente en el torrente sanguíneo. Si ese gas activara la reacción química antes de que el compuesto llegara a las células cancerosas, el medicamento resultante podría dañar las células sanguíneas en lugar de su objetivo previsto.

Afortunadamente, las pruebas de laboratorio mostraron que el medicamento tóxico no se producía en la sangre. Los investigadores creen que esto se debe a que el monóxido de carbono en el torrente sanguíneo está en gran medida unido a la hemoglobina, la proteína responsable del transporte de oxígeno. En esta forma unida, el gas parece estar indisponible para la reacción necesaria para fabricar el medicamento.

El hallazgo sugiere que el sistema podría viajar a través de la sangre sin generar sustancias nocivas prematuramente, aunque se necesitarán más estudios para establecer su seguridad en organismos vivos.

"Este trabajo representa un avance importante en la química sintética terapéutica in vivo", afirmó Tanaka. "En nuestra estrategia terapéutica, se utilizan moléculas presentes o generadas de forma natural dentro del cuerpo, incluidos metabolitos asociados a enfermedades, como materia prima química endógena para sintetizar moléculas terapéuticas directamente en el sitio de la enfermedad."

Los investigadores ahora planean avanzar más allá de las células cultivadas y probar el enfoque en modelos animales. Si los experimentos futuros son exitosos, la tecnología podría ayudar a establecer una nueva clase de tratamientos contra el cáncer que exploten la química de los tumores para producir medicamentos directamente en el sitio de la enfermedad, limitando potencialmente el daño a los tejidos sanos.