Dietas artificiales basadas en restricciones selectivas de aminoácidos para el tratamiento de cánceres metastásicos

Resumen

El cáncer mata a millones de personas cada año. Su elevada letalidad se debe a que, en el momento del diagnóstico, muchos pacientes presentan metástasis. Para estos pacientes el tratamiento estándar consiste en la administración de fármacos anticancerosos. Gracias a la farmacoterapia es posible prolongar la vida de los pacientes y paliar los síntomas de la enfermedad. Sin embargo, a pesar de los importantes avances en oncología, el cáncer metastásico continúa siendo una enfermedad incurable en la gran mayoría de los casos. La escasa eficacia de los fármacos anticancerosos disponibles contra el cáncer se refleja en las bajas tasas de supervivencia de los pacientes diagnosticados con cáncer metastásico. Los tratamientos usados en pacientes con cánceres metastásicos son poco eficaces porque tienen una selectividad anticancerosa limitada. Descubrir tratamientos más eficaces requiere encontrar la forma de eliminar las células cancerosas del paciente sin afectar de forma significativa a sus células normales. Para desarrollar tratamientos selectivos, hay que encontrar diferencias importantes entre las células cancerosas y las células sanas que puedan explotarse desde el punto de vista terapéutico. Existe una diferencia importante y conocida entre ambos tipos de células: a diferencia de las células normales, las células cancerosas tienen un metabolismo celular muy alterado. Por ejemplo, las células cancerosas dependen del aporte exógeno de determinados aminoácidos no esenciales para poder sobrevivir. La alteración del metabolismo de las células cancerosas se debe a alteraciones genéticas y epigenéticas adquiridas durante la carcinogénesis, y contribuyen en la proliferación y supervivencia de las células cancerosas. Recientemente se propuso que esta diferencia se podría explotar mediante dietas artificiales en la que se manipulan de forma selectiva los niveles de ciertos aminoácidos. El objetivo es crear un ambiente extracelular que sea letal para las células cancerosas. Las células normales, con un genoma normal, serían capaces de adaptarse y sobrevivir al nuevo entorno. En cambio, las células cancerosas con alteraciones genéticas que afectan a su metabolismo no podrían adaptarse y sobrevivir al nuevo entorno. Para crear este entorno desfavorable para las células cancerosas, esta estrategia consiste en sustituir temporalmente la dieta normal por una dieta artificial en la que se alteran los niveles de ciertos aminoácidos. En estas dietas artificiales no sólo se eliminan o reducen los niveles de algunos aminoácidos, sino que también se aumentan los niveles de otros aminoácidos cuyo déficit desencadena la proteólisis (la proteólisis liberaría los 20 aminoácidos proteinogénicos y limitaría la eficacia de esta estrategia). En la práctica, el tratamiento simplemente consistiría en cambiar de forma temporal la dieta normal de un paciente por una dieta artificial. Numerosas estrategias anticancerosas están en desarrollo, incluyendo intervenciones dietéticas y farmacológicas, que están dirigidas a las limitaciones en el metabolismo de aminoácidos del cáncer. Varios estudios han demostrado que eliminar un determinado aminoácido en la dieta es una estrategia prometedora para tratar algunos tipos de cáncer [6]. Estas estrategias anticancerosas han sido revisadas en la introducción de la tesis, con especial énfasis en las intervenciones dietéticas. Esta revisión mostró que no había estudios sobre restricción de aminoácidos que consiguiesen aumentar la supervivencia en animales con cánceres metastásicos respecto a las supervivencias conseguidas con los tratamientos empleados en pacientes oncológicos. El objetivo de esta tesis ha sido la evaluación preclínica de dietas artificiales basadas en restricciones selectivas de aminoácidos en ratones con varios tipos de cánceres metastásicos y compararla con la eficacia de los tratamientos actuales. El propósito final ha sido conseguir suficiente evidencia preclínica para determinar si esta estrategia anticancerosa merece pasar a fase clínica de investigación en pacientes oncológicos. Para ello, se ha seguido una estrategia de evaluación preclínica orientada a pacientes. En primer lugar, se determinó la selectividad in vitro en un panel de líneas celulares cancerosas y no cancerosas, empleando los ensayos MTT y resazurina. Posteriormente, se utilizaron modelos in vivo de cáncer metastásico, incluyendo cáncer de colon, renal, mama, ovario, pulmón y melanoma. Estos modelos se establecieron mediante la inoculación de células cancerosas murinas en ratones inmunocompetentes. Varios días después de la inducción del modelo, los ratones eran divididos en varios grupos: un grupo control no tratado, un grupo tratado con el fármaco anticanceroso estándar, y varios grupos de ratones tratados con dietas a las que se habían manipulado los niveles de aminoácidos. La supervivencia de los animales se utilizó como principal parámetro para determinar la eficacia anticancerosa de los tratamientos. Se evaluaron un total de 34 dietas artificiales distintas elaboradas desde cero en nuestro laboratorio. Algunas dietas se formularon con mezclas de aminoácidos (restringiendo los aminoácidos deseados), mientras que otras dietas se formularon con una pequeña cantidad de la proteína caseína (limitando la ingesta de todos los aminoácidos, especialmente la cisteína y metionina). En primer lugar, estas dietas artificiales se evaluaron en modelos preclínicos de cáncer de colon. Tras observar que esta estrategia inducía selectividad anticancerosa in vitro, se evaluaron 8 dietas artificiales en dos modelos in vivo de cáncer de colon metastásico (células CT26.WT inoculadas por vía intraperitoneal o intravenosa). Las dietas TC1 (restringida en 10 aminoácidos no esenciales) y TC5 (6% de caseína, 5% de glutamina y 2,5% leucina) consiguieron mejorar la supervivencia de los ratones en ambos modelos, e incluso varios ratones sobrevivieron el tratamiento. La dieta TC5 superó la actividad anticancerosa del fármaco capecitabina, empleado en monoterapia en pacientes con este cáncer. Además, la dieta TC5 no indujo pérdida de peso en los ratones. La suplementación en cistina redujo la actividad de las dietas TC1 y TC5, pero también fue importante controlar los niveles de leucina y glutamina para conseguir la actividad anticancerosa. Estos resultados sugieren que las dietas artificiales basadas en restricciones selectivas de aminoácidos tienen potencial terapéutico contra el cáncer de colon. La actividad anticancerosa de la manipulación de aminoácidos en la dieta también se estudió en el cáncer renal. Primero, se determinó que algunas restricciones selectivas de aminoácidos eran citotóxicas contra células de cáncer renal sin afectar a las células normales. A continuación, se evaluaron 18 dietas artificiales en un modelo de cáncer renal diseminado (inoculación de células Renca por vía intraperitoneal). La dieta T2 (restringida en cisteína, tirosina, serina, asparagina, glutamato y prolina) mostró una marcada actividad anticancerosa, superando a los fármacos sunitinib y anti-PD-1, e incluso varios ratones tuvieron supervivencias de larga duración o se curaron. Varias dietas formuladas con una pequeña cantidad de caseína también mostraron actividad anticancerosa. La manipulación de los niveles de algunos aminoácidos (como la cistina, metionina y leucina) y lípidos fueron capaces de modular la actividad de las dietas. Además, la dieta T18, de composición idéntica a la dieta TC5 activa en cáncer de colon, también presentó actividad anticancerosa en este modelo in vivo de cáncer renal. Esta estrategia dietética también fue evaluada en modelos preclínicos contra el cáncer de mama triple negativo. Tras confirmar que la restricción de aminoácidos conseguía selectividad in vitro contra células de cáncer de mama, se evaluaron dietas artificiales en un modelo de cáncer de mama triple negativo metastásico (células 4T1 inoculadas por vía intravenosa). Se observó que una dieta restringida en 10 aminoácidos no esenciales mejoraba moderadamente la supervivencia de los ratones cuando los niveles de lípidos eran normales. La reducción de los niveles de lípidos al 1% mejoró la actividad anticancerosa de las dietas con niveles manipulados de aminoácidos. Esta estrategia no farmacológica mostró una actividad anticancerosa superior a la de los fármacos doxorrubicina y capecitabina, empleados en el tratamiento de este cáncer. Además, la dieta TB3 (restringida en 10 aminoácidos no esenciales, con niveles bajos de aminoácidos esenciales y 1% de lípidos) no sólo mejoró la supervivencia de los ratones con cáncer de mama triple negativo, sino que también mostró actividad contra otros tipos de cánceres metastásicos. Estos resultados indican que manipular los niveles de aminoácidos y lípidos en la dieta tiene potencial terapéutico contra el cáncer metastásico. Finalmente, se confirmó que la dieta TC5, deficiente en metionina y cisteína, que previamente había demostrado actividad anticancerosa en cáncer de colon y renal, también era activa en un modelo de cáncer de ovario diseminado. La restricción en metionina se sabe que puede conseguir actividad anticancerosa in vivo. Sin embargo, está poco estudiado el papel de la cisteína y la taurina (dos aminoácidos sintetizados a partir de metionina) en la actividad de las dietas restringidas en metionina. Para ello, se evaluó la actividad anticancerosa in vivo de 6 dietas restringidas en metionina suplementadas con cistina y/o taurina. Las dietas B1 (6% caseína, 2,5% leucina, 0,2% cistina) y B2B (6% caseína, 5% glutamina, 2,5% leucina, 0,2% taurina) fueron las que mostraron la mayor actividad anticancerosa contra el cáncer de ovario, y también resultaron ser eficaces contra el cáncer renal y el cáncer de colon metastásicos. De hecho, la actividad anticancerosa de la dieta B1 en cáncer de colon metastásico fue comparable a la conseguida previamente por la dieta TC5. Estos resultados sugieren que la manipulación de los niveles de aminoácidos azufrados en la dieta podría ser útil para el tratamiento del cánceres metastásicos. En resumen, los resultados de esta tesis en modelos animales de cáncer metastásico muestran que es posible superar la eficacia de los fármacos existentes simplemente sustituyendo la dieta normal por una dieta en la que se han manipulado los niveles de aminoácidos y otros nutrientes. Gracias a estos prometedores resultados, se ha iniciado recientemente un ensayo clínico con pacientes con cánceres metastásicos.