Mejora de la terapia contra el cáncer utilizando bacterias fotosintéticas funcionalizadas

Jul 11, 2023

29 de agosto de 2023

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por el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón

Dirigirse a los tumores malignos con alta precisión es un desafío para los investigadores biomédicos. Sin embargo, es probable que este escenario sea testigo de un cambio de paradigma en un futuro próximo mediante el uso de bacterias especialmente diseñadas que puedan eliminar células malignas de manera eficiente.

El uso de bacterias para atacar las células cancerosas, o la terapia bacteriana, se puede mejorar aún más mediante la ingeniería genética y la nanotecnología. Sin embargo, su eficacia puede verse obstaculizada debido a limitaciones técnicas y al posible desarrollo de resistencia a los antibióticos. Por lo tanto, es crucial lograr una modificación química moderada pero eficaz de las bacterias para mejorar su biocompatibilidad y funcionalidad, de modo que sus capacidades médicas no se vean comprometidas.

Recientemente, ciertos tipos de bacterias fotosintéticas de color púrpura (PPSB) han pasado a primer plano por su potencial para abordar los desafíos de la terapia bacteriana. Explorando esto más a fondo, los investigadores publicaron un estudio en Nano Today que informa el uso de PPSB modificado químicamente para detectar y eliminar células cancerosas difíciles de erradicar en un modelo de ratón.

El estudio, dirigido por el profesor asociado Eijiro Miyako del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón (JAIST), seleccionó Rhodopseudomonas palustris (RP) como la bacteria óptima para realizar los estudios. "La RP demostró excelentes propiedades, como la fluorescencia del infrarrojo cercano (NIR), la conversión fototérmica y una baja citotoxicidad. Absorbe la luz NIR y produce radicales libres, una propiedad que puede utilizarse para matar células cancerosas", explica el profesor Miyako.

En un intento por mejorar la eficacia terapéutica de la cepa aislada, el equipo buscó modificaciones químicas para alterar las membranas bacterianas. Primero, realizaron la PEGilación de la membrana, o la unión de derivados de polietilenglicol a las paredes celulares bacterianas. Investigaciones anteriores indican que la PEGilación bacteriana ayuda a evadir la respuesta inmune del huésped y convierte la energía luminosa en calor, que luego puede utilizarse para eliminar selectivamente las células cancerosas.

Los resultados iniciales fueron alentadores. Por ejemplo, recubrir la superficie de la membrana RP con un anclaje biocompatible para membrana (BAM) no afectó negativamente la viabilidad de las células RP durante al menos una semana. Además, las RP funcionalizadas con BAM no fueron eliminadas mediante fagocitosis por los macrófagos, células que desempeñan un papel clave en las acciones defensivas del sistema inmunológico contra las invasiones bacterianas.

A continuación, los investigadores conectaron un conjugado fluorescente Alexa488-BSA a los RP funcionalizados con BAM, creando así un complejo bacteriano con un marcador fluorescente rastreable. Este conjugado se reemplazó posteriormente con un anticuerpo PD-L1. Estudios anteriores han demostrado que las células cancerosas expresan una proteína llamada ligando 1 de muerte celular programada (PD-L1) en su superficie. PD-L1 puede desactivar suavemente el sistema de defensa del huésped uniéndose a los receptores PD-1. Esto permite que las células cancerosas evadan la detección y eliminación inmunitaria. Los anticuerpos anti-PD-L1 bloquean esta interacción, evitando así que las células cancerosas eviten la destrucción mediada por el sistema inmunológico.

Como se esperaba, tanto anti-PD-L1 – BAM – RP como RP inhibieron el crecimiento tumoral en un modelo murino de cáncer de colon. Sin embargo, los anti-PD-L1–BAM–RP, BAM–RP y RP, cuando se excitan con un láser, mostraron un efecto anticancerígeno especialmente dramático. De hecho, los tumores sólidos desaparecieron por completo después de la irradiación con láser de anti-PD-L1–BAM–RP, BAM–RP o RP que se inyectaron en ratones portadores de tumores. Además, al evaluar las propiedades de conversión fototérmica, tanto el anti-PD-L1-BAM-RP como el RP natural exhibieron una fuerte conversión fototérmica debido a la presencia de moléculas de bacterioclorofila (BChl) impulsadas por la luz.

Entre los diversos bioconjugados, el anti-PD-L1–BAM–RP mostró la mayor eficacia en la etapa inicial del tratamiento. Además, no era tóxico para las células sanas circundantes ni para el huésped murino. Experimentos posteriores revelaron el mecanismo subyacente de la aniquilación del tumor de colon en el modelo de ratón.

"Nuestros hallazgos revelaron que las bacterias funcionales impulsadas por la luz demostraron funciones ópticas e inmunológicas efectivas en el modelo murino de cáncer de colon. Además, la fluorescencia NIR de los complejos bacterianos diseñados se utilizó para localizar tumores, allanando efectivamente el camino para futuras traducciones clínicas". dice el profesor Miyako.

Y añade: "Creemos que esta tecnología bacteriana podría estar disponible para ensayos clínicos en 10 años y tener implicaciones positivas para el diagnóstico y la terapia del cáncer".

Más información: Sheethal Reghu et al, Inmunoteranosticos contra el cáncer que utilizan complejos bacterianos fotosintéticos nanorevestidos bioactivos, Nano Today (2023). DOI: 10.1016/j.nantod.2023.101966

Información de la revista:Nano hoy

Proporcionado por el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón