Functionalised magnetic nanoparticles for cancer diagnosis and treatment

Resumen

El mayor conocimiento sobre el origen y desarrollo del cáncer ha llevado al desarrollo de mejores métodos diagnósticos y tratamientos para esta enfermedad. A pesar de los grandes avances, la falta de especificidad y los efectos adversos asociados a algunos tratamientos siguen siendo las mayores limitaciones de las terapias actuales. En este escenario, la nanomedicina ofrece una gran variedad de plataformas que pueden usarse con aplicaciones diagnósticas, y para la mejora del transporte y selectividad de moléculas terapéuticas contra las células tumorales. Entre ellas, las nanopartículas magnéticas (MNP) han recibido gran atención por sus propiedades magnéticas y la posibilidad de modificar su superficie. Concretamente, pueden ser usadas como sondas para pruebas de imagen y/o como transportadoras de moléculas de interés. En esta tesis, las MNP se han usado como vehículos de transporte de agentes con interés diagnóstico y terapéutico para la detección y el tratamiento del cáncer. En primer lugar, se sintetizaron y caracterizaron nanopartículas magnéticas de óxido de hierro. A continuación, se evaluó su funcionalización con fluoróforos y anticuerpos para su uso en técnicas de imagen basadas en fluorescencia para el diagnóstico del cáncer. La mayoría de los ensayos se realizaron in vitro y también se han obtenido resultados preliminares in vivo. Además, las MNP fueron modificadas con fármacos (concretamente con gemcitabina), oligonucleótidos (por ejemplo, miRNA34a, miRNA155, miRNA125b) y/o péptidos (péptido de la ovoalbúmina) para atacar a las células tumorales o modular la actividad antitumoral de las células del sistema inmune. Para el primer objetivo, las MNP se modificaron mediante enlaces disulfuro con la gemcitabina sola o combinada con el miRNA34a. Con este enlace se espera que la liberación de la carga terapéutica se produzca preferentemente en el medio intracelular reductor de las células cancerosas. De este modo, se consigue controlar la liberación de las moléculas terapéuticas en la zona del tumor, protegerlas de la degradación prematura, y minimizar su exposición en los tejidos sanos. Además, la actividad antitumoral aumentó significativamente cuando se combinó el tratamiento con la hipertermia magnética en células de cáncer de páncreas. A continuación, se estudiaron las interacciones entre las MNP y los componentes de la sangre (eritrocitos, proteínas plasmáticas y macrófagos) para evaluar el perfil de bioseguridad de las nanopartículas. Luego fueron funcionalizadas con el miRNA155 y el miRNA125b, usando de nuevo enlaces disulfuro, para promover la polarización de los macrófagos hacia un estado proinflamatorio. Es decir, para promover su actividad antitumoral. La razón por la que los enlaces disulfuro son también interesantes para la liberación de moléculas de interés reside en que se sabe que las células presentadoras de antígeno, que incluye a los macrófagos, está adaptada para reducir los enlaces disulfuro y facilitar el procesamiento y presentación de los antígenos. Curiosamente, el efecto pro-inflamatorio observado con los miRNAs y las MNP fue sinérgico. Finalmente, también se evaluó el uso de las MNP para el desarrollo de una vacuna frente al cáncer. Específicamente, las MNP se han usado para inducir una respuesta antitumoral específica frente a antígenos tumorales. El objetivo era activar a las células dendríticas, que son células presentadoras de antígenos, y promover la respuesta de las células T frente a las células tumorales. Para ello, un antígeno modelo (un péptido de la ovoalbúmina modificado con una cisteína, COVA) y adyuvantes (por ejemplo, CpG ODN1826, miRNAs) fueron unidos covalentemente a las MNP mediante enlaces disulfuro. En primer lugar, se evaluó la activación de las células dendríticas y la mejor formulación (MNP-CpG-COVA) se seleccionó para los estudios siguientes. Concretamente, se evaluó la activación de las células T y su respuesta antitumoral frente a células de melanoma, obteniendo resultados excepcionales in vitro. En resumen, el trabajo desarrollado en esta tesis ofrece una amplia visión del potencial de las MNP para su uso en el tratamiento y diagnóstico del cáncer. Cabe destacar que la investigación se ha desarrollado a diferentes niveles, incluyendo estudios de bioseguridad, de los efectos antitumorales y propiedades inmunomoduladoras de las MNP.