Nanorobots para destruir tumores

Un grupo de investigadores de la Universidad de Arizona (ASU), en colaboración con investigadores del Centro Nacional de Nanociencia y Tecnología (NCNST) de la Academia de Ciencias de China, ha desarrollado uno de los últimos avances en nanomedicina. Han conseguido programar nanorobots para buscar y destruir tumores.

Estamos ante el primer sistema robótico de ADN totalmente autónomo, capaz de diseñar fármacos muy precisos y aplicarse en terapias dirigidas contra diferentes tipos de cáncer, ya que, tal y como asegura el director del Centro de Diseño Molecular y Biomimética de ASU, Hao Yan, “todos los vasos sanguíneos sólidos que se alimentan de tumores son esencialmente iguales”. 

La demostración de esta tecnología ha sido todo un éxito en su primer estudio con mamíferos, en los que utilizaban como sujetos ratones afectados por cáncer de mama, melanoma, cáncer de ovario y pulmón.

Todo esto es posible gracias a lo que se conoce como origami de ADN. Una técnica que muestra cómo el ADN es capaz de plegarse en todo tipo de formas y tamaños a una escala mil veces más pequeña que el ancho de un cabello humano.

El desafío principal al que se han enfrentado los investigadores fue el diseñar, construir y controlar cuidadosamente los nanorobots para buscar activamente y destruir tumores cancerosos, sin dañar a las células sanas. 

"Estos nanorobots se pueden programar para transportar cargas moleculares y causar bloqueos en el suministro de sangre tumoral en el sitio, lo que puede provocar la muerte del tejido y reducir el tamaño del tumor", afirma Baoquan Ding, profesor del NCNST. 

Cada nanorobot está hecho de una hoja de origami de ADN plana y rectangular, de 90 nanómetros por 60 nanómetros de tamaño. Una enzima clave para la coagulación de la sangre, llamada trombina, está adherida a la superficie.

Para que los nanorobots solo ataquen a las células cancerosas se ha incluido una carga especial en su superficie, llamada aptámero de ADN. Este permite dirigirse específicamente a una proteína, llamada nucleolina, que se produce en grandes cantidades solo en la superficie de las células del tumor, y que no se encuentra en la superficie de las células sanas.

El tratamiento bloqueó el suministro de sangre al tumor y generó daño al tejido tumoral dentro de las primeras 24 horas sin afectar a los tejidos sanos. Después de atacar los tumores, la mayoría de los nanorobots se degradaron del cuerpo después de 24 horas. Los resultados finales mostraron que 3 de cada 8 ratones que recibieron la terapia con nanorobot mostraron una regresión completa de los tumores.

Por qué usar nanorobots contra el cáncerEn los últimos años la nanomedicina o aplicación de la nanotecnología a las ciencias de la salud se ha convertido en una de las áreas más emergentes de la medicina. La nanomedicina tiene como objetivos prevenir, diagnosticar y tratar enfermedades, a través de, por ejemplo el desarrollo de nanopartículas programadas para detectar la presencia de una patología o diseñadas para transportar fármacos al tejido afectado. Dentro del campo de la oncología, desde hace un tiempo los investigadores se han planteado cómo desarrollar nanopartículas que permitieran rastrear y destruir las células tumorales sin atacar las células normales del organismo. En este caso, los investigadores plantearon un objetivo simple y concreto para atacar al cáncer: bloquear el aporte de nutrientes y “matar de hambre” al tumor. ¿Cómo? Induciendo la coagulación de la sangre en los vasos sanguíneos del tumor mediante nanopartículas basadas en ADN que llevaran agentes coagulantes a esa zona. Si la sangre, encargada entre otras funciones de transportar nutrientes y oxígeno a las células, no puede acceder al tumor, éste no recibe refuerzos para llevar a cabo su metabolismo.

Cómo usar la nanotecnología para asediar un tumorLa creación de estas formas nanoscópicas es denominada origami de ADN por los investigadores. Y sus propiedades pueden ser aprovechadas para diseñar estructuras con agentes terapéuticos en su interior que se despliegan y liberan estos agentes cuando llegan a su diana.

En este caso, el equipo desarrolló un tipo de nanorobot constituido por una hoja rectangular de ADN de 90 nanómetros por 60 nanómetros que en su superficie tenía unidas cuatro moléculas de trombina, una enzima coagulante. Así, el mecanismo es el siguiente: en primer lugar los investigadores inyectan nanorobots de ADN cargados con trombina en el torrente sanguíneo de animales modelo para el cáncer; al llegar los vasos sanguíneos que nutren al tumor, los nanorobots detectan la presencia de la nucleolina gracias a los aptámeros de ADN y se activan, pasando de la forma cilíndrica a la forma desplegada que deja expuestas las moléculas de trombina; finalmente, la trombina inicia un proceso de coagulación que termina bloqueando el flujo de sangre hacia el tumor.

Resultados prometedores en modelos animalesEn tan solo 24 horas tras el tratamiento, el equipo observó la producción de trombosis en los vasos sanguíneos tumorales y en tres días, todos los vasos sanguíneos de los tumores analizados habían sido bloqueados. Tres de los ocho ratones modelo para este tipo de cáncer mostraron una regresión completa de los tumores. En estos animales el tratamiento con nanorobots también frenó la metástasis. Además, los nanorobots basados en ADN frenaron el crecimiento tumoral en otros tipos de cáncer, como el cáncer de pulmón.

El futuro de los nanorobots en oncologíaLos prometedores resultados de los nanorobots de ADN podrían inspirar el diseño de nuevos tratamientos contra el cáncer utilizando diferentes moléculas modificadas para mediar la administración de los agentes terapéuticos. La combinación de distintos nanorobots de diseño que transporten agentes variados podría ayudar a erradicar los tumores sólidos y las metástasis derivadas. E incluso, señalan los investigadores, la estrategia podría ser modificada como una plataforma de administración de tratamientos para otras enfermedades.