Nanopartículas magnéticas como sistema de liberación localizada de interferón-g para inmunoterapia antitumoral

Abstract

Los tratamientos convencionales del cáncer, como la cirugía, la radioterapia y la quimioterapia en muchos casos están limitados por la accesibilidad al tumor y la falta de selectividad hacia las células tumorales, lo que genera importantes efectos secundarios. En los últimos años la inmunoterapia antitumoral ha adquirido una gran relevancia en la investigación biomédica, y consiste en utilizar y potenciar la alta especificidad del sistema inmune para eliminar las células tumorales. Entre los componentes del sistema inmune más utilizados como posibles agentes terapéuticos se encuentran las citoquinas, proteínas que actúan a modo de señales para las células del sistema inmune, modulando su actividad. Entre las citoquinas que presentan una mayor actividad antitumoral encontramos el interferón-gamma (IFN-¿), que no sólo actúa sobre las células del sistema inmune, sino que posee además efectos directos sobre el tumor y otros tejidos del ambiente tumoral, dificultando el desarrollo de las células tumorales, y favoreciendo que sean detectadas y eliminadas, Sin embargo, la utilización terapéutica de este tipo de moléculas presenta ciertos problemas, principalmente debidos a la dificultad para alcanzar una dosis terapéuticamente relevante sin generar efectos secundarios en los tejidos sanos. Por ello se están desarrollando nuevos sistemas que eviten estos problemas y ayuden a dirigir las drogas a su sitio de acción, disminuyendo la concentración de droga en otras regiones y por tanto reduciendo el riesgo de efectos secundarios. Uno de los métodos más novedosos que ofrecen soluciones a estos problemas es el uso de nanopartículas magnéticas a las que se puede unir el agente terapéutico, y que pueden guiarse hasta la región deseada gracias a la aplicación de campos magnéticos externos. En este trabajo se han estudiado los parámetros que influyen en la interacción entre distintos tipos de nanopartículas magnéticas y el IFN-gamma, para su posterior utilización en modelos tumorales murinos. Se ha logrado obtener una interacción electrostática entre nanopartículas con carga superficial negativa y el IFN-gamma, y se ha comprobado que factores como la fuerza iónica del medio, el pH, el tiempo de incubación o el material que recubre a las partículas influyen en la interacción, mientras que la temperatura no parece influir en el proceso. Se ha comprobado que el IFN-gamma no pierde funcionalidad tras el proceso de interacción, analizando su efecto sobre macrófagos murinos primarios. Las nanopartículas que presentaron una mayor eficiencia en el proceso de interacción fueron las nanopartículas de magnetita cubiertas de ácido dimercaptosuccínico (DMSA), y fueron las que se utilizaron en los siguientes ensayos. Se han realizado estudios de citotoxicidad y biodistribución in vitro en células Pan02, e in vivo en ratones C57BL/6. Los resultados in vitro indican que la presencia de nanopartículas en el medio de cultivo no disminuye la viabilidad de las células, no afecta a su citoesqueleto ni al proceso de división celular. Las nanopartículas cubiertas de DMSA se internalizan en las células Pan02, adoptando un patrón de distribución perinuclear, lo que se comprobó mediante microscopía de campo claro y tinción específica de hierro. Las nanopartículas colocalizaron con un marcaje específico para lisosomas. La internalización de las nanopartículas unidas a Interferón-gamma fue menor que en el caso de las nanopartículas solas, debido a la neutralización de la carga superficial de las nanopartículas. La administración de nanopartículas cubiertas de DMSA solas o unidas a IFN-gamma no produjo signos de toxicidad sistémica en ratones C57BL/6. La biodistribución en ambos casos fue distinta. Las nanopartículas cubiertas de DMSA, se acumularon preferentemente en los pulmones, y en menor medida en bazo e hígado, mientras que la las partículas unidas a interferón-gamma se acumularon en hígado y bazo, disminuyendo su presencia en los pulmones, y aumentando la cantidad de nanopartículas en sangre, La aplicación de un campo magnético en el flanco derecho de los ratones a los que se administraron las nanopartículas produjo también cambios en la biodistribución de las nanopartículas, disminuyendo su presencia en sangre, pulmón, hígado y bazo, y aumentando en regiones cercanas a la zona de aplicación del campo magnético. El resto de órganos analizados presentaban niveles muy bajos de nanopartículas. Posteriormente se llevó a cabo la administración de nanopartículas cubiertas de DMSA y unidas a interferón-gamma en ratones portadores de tumores, a los que se aplicó un campo magnético sobre la región del tumor. La administración intravenosa de nanopartículas magnéticas cargadas con IFN-¿, seguida de la aplicación de un campo magnético externo sobre la región del tumor, condujo a la acumulación de nanopartículas en le tumor y a un aumento en los niveles de IFN-¿ en la zona, lo que se tradujo en la activación de la respuesta inmune antitumoral, como indica la mayor infiltración de células del sistema inmune en el tumor. Todos estos efectos produjeron una disminución significativa del tamaño de los tumores, o incluso su eliminación completa, comparados con los tumores procedentes de ratones tratados con las mismas dosis de IFN-¿ soluble o unido a nanopartículas pero sin aplicación de un campo magnético externo. El sistema ha resultado ser eficaz tanto en modelos de tumores generados mediante inyección de líneas celulares tumorales como en tumores producidos mediante carcinogénesis química. Los resultados obtenidos sugieren que este sistema puede ser de gran utilidad para el tratamiento, no sólo de tumores, sino de otras afecciones en las que sea necesario la administración local de drogas, sin generar efectos secundarios en otras regiones.