Nanotecnología y cáncer: una experiencia venezolana

Gabriel Escalona Vivas*

Rychard Feynman

“Hay suficiente espacio en el fondo”

Rychard Feynman

English version: Nanotechnology and cancer

Según la Organización Mundial de la salud, el cáncer fue la principal causa de muerte a nivel mundial, con 8,2 millones de defunciones para el 2012.

En el mes de Junio de 2013, en el marco de las Jornadas Científicas de la Sociedad Anticancerosa de Venezuela, tuvimos el placer de escuchar al Prof. Gordon McVie   -autoridad internacional y editor-fundador del ecancermedicalscience – en su excelente ponencia “Cancer, new strategies for a global solution”, quien afirmó que estamos perdiendo la guerra contra el cáncer y que nuestras herramientas principales son la prevención y la investigación.

En un mundo globalizado y con el impresionante desarrollo tecnológico no cabe dentro de la realidad deslindar los avances médicos de los avances tecnológicos. En esta batalla contra uno de los mayores males de la humanidad, la innovación debe ser el mejor amigo de la medicina,  y la tecnología,  su arma principal.

La nanotecnología es el estudio, diseño, creación o síntesis de materiales a través del control y manipulación de la materia a escala molecular (nanómetros), con el objetivo de crear “dispositivos” con propiedades químicas, físicas y biológicas novedosas. Tales nano-dispositivos,  poseen dimensiones típicamente menores a los 100 nanómetros y tienen el potencial para cambiar radicalmente los procesos de prevención, detección y tratamiento del cáncer.

Los principios conceptuales de la nanotecnología se le atribuyen al físico estadounidense y premio Nobel Richard Feynman, quien, en el congreso de la Sociedad Americana de Física de 1959, en el Instituto de Tecnología de California (CalTech), en su conferencia titulada Hay mucho espacio en el fondo, describió un proceso por medio del cual podríamos desarrollar la habilidad para manipular átomos y moléculas individuales, empleando herramientas de precisión para construir y operar a su vez otro conjunto de herramientas de menores proporciones, y así sucesivamente hasta alcanzar la nanoescala. En palabras de Feynman: “Resulta interesante que, en principio, es posible que un físico sintetizase cualquier molécula que un químico le dibujase. Se le dan las órdenes y el físico sintetiza la molécula. Pero, ¿cómo? Colocando los átomos allí donde el químico le ha indicado previamente y así creamos la sustancia. Si desarrollamos la capacidad de ver lo que estamos haciendo y de realizar cosas a nivel atómico, ayudaremos a resolver muchos problemas planteados por la química y la biología”.

Por muchos años los aportes de Feynman fueron ignorados hasta que, a mediados de la década de 1980, Erick Drexler publica su libro “Motores de la Creación: la próxima Era de la Nanotecnología” en el que desarrolló y popularizó el concepto de nanotecnología, término empleado por primera vez por el científico japonés Norio Taniguchi.

En las últimas décadas, el  crecimiento del  desarrollo científico en el campo de la nanotecnología ha sido impresionante. Una muestra de la importancia estratégica del tema ha sido la inversión que los países desarrollados han realizado en esta área.  Para el año 2000, el presidente Bill Clinton impulsó la investigación en el campo a través de la iniciativa Nacional de Nanotecnología, con una inversión inicial de 500 millones de dólares, seguido por un reimpulso dado por el presidente Bush en 2003, autorizando inversiones por más de 3.630 millones de dólares durante los 4 años siguientes.

Actualmente, ninguna actividad comercial escapa de la utilización o la experimentación en esta área. Esto incluye la optimización de productos que van desde artículos de limpieza para el hogar y uso personal hasta el refinamiento petrolero, pasando por las empresas farmacéuticas y la creación de materiales mejorados para la  construcción.

En Medicina, se han sintetizado una cantidad de nanomateriales con el potencial de revolucionar el diagnóstico y el tratamiento de un elevado número de enfermedades, gracias a sus propiedades particulares, tales como una gran área de superficie y tiempos de vida medio largos en sangre en comparación a otras moléculas pequeñas. Enfocándonos en el cáncer, la utilización de materiales en nanoescala podría aumentar la especificidad en el diagnóstico temprano de lesiones malignas y premalignas así como la eficacia de los agentes quimioterápicos.

Podemos definir las principales áreas de estudio como aquellas basadas en las terapias target o tumor-dirigidas, en el transporte de drogas y en las imágenes para el diagnóstico (1). En la primera, las principales investigaciones han arrojado resultados favorables con la utilización de nanoparticulas esféricas (nanoshell) con núcleo dieléctrico de oro, bioconjugadas para ser “molecularmente dirigidas” y la utilización de fototerapia con láser para la destrucción de células malignas con gran especificidad (2).

Con respecto al transporte de drogas quimioterápicas, las plataformas a nanoescala que más se han desarrollado son los liposomas y las estructuras basadas en polímeros, incluso con productos  aprobados por la Food & Drug Administration (FDA).  El Doxil® es la primera droga aprobada, la cual consta de Doxorrubicina con liposomas para el tratamiento del sarcoma de Kaposi y cáncer de ovario (3), combinación que aumentan el tiempo de la droga en el torrente sanguíneo y maximiza su acumulación en el tumor.

Existen, en desarrollo, un gran número de combinaciones para cáncer de ovario y de mama metastásico, actualmente en fase III (1). Otros sistemas más complejos, conformados por polímeros ligados a tumor-específicos y drogas como el Docetaxel (BIND-014), han demostrado tener la mayor especificidad en pruebas experimentales (4).

En cuanto al impacto sobre técnicas y procesos usados para crear imágenes del cuerpo humano, (imagenología), es lógico pensar que, con la composición metálica de las nanopartículas, se podrían mejorar los diagnósticos a través de estudios radiológicos como la Resonancia Magnética y la tomografía computarizada. En este sentido, se ha demostrado la utilidad de nanopartículas de Dióxido de Hierro en la identificación de células de cáncer colorrectal durante estudios preclínicos (5).

Dentro de este gran abanico de posibilidades que ofrece la nanotecnología nuestro grupo multidisciplinario de investigación, conformado por cirujanos del servicio de Cirugía II del Hospital Universitario de Caracas, los Prof. Jimmy Castillo y  Manuel Caetano, del Laboratorio de Espectroscopía Láser de la Escuela de Química de la Facultad de Ciencias de la Universidad Central Venezuela y con la colaboración de la Sociedad Anticancerosa de Venezuela, estamos desarrollando el proyecto Nanosensores fluorescentes para el diagnóstico y tratamiento del cáncer colorectal por laparoscopía. Para alcanzar los objetivos del proyecto se han estado diseñando nanopartículas compuestas por moléculas metálicas recubiertas y funcionalizadas con anticuerpos tumor-específicos y fluoróforos, a fin de identificar, durante el período intraoperatorio, los tumores, los ganglios linfáticos metastásicos y las micrometástasis del cáncer colorrectal mediante la utilización de equipos de laparoscopía.  El cáncer colorrectal es uno de los más frecuentes a nivel mundial; solo en los Estados Unidos, para el año 2011, se estima que hubo 147.000 nuevos casos y 50.000 defunciones relacionadas con este tipo de cáncer (6).

Para el año 2010, en Venezuela, las muertes por cáncer ocuparon el segundo lugar del total de defunciones, representando el 15,3%, entre los cuales, los del aparato digestivo ocuparon el primer lugar, con 5.804 defunciones, posicionándose el cáncer colorrectal en el segundo lugar, con 1.132 defunciones (7). Más del 50% de los pacientes que reciben tratamiento quirúrgico para el carcinoma colorrectal presentan recidiva de la enfermedad (8), siendo el margen de resección inadecuado y la linfadenectomía los principales factores no dependientes del paciente y responsables de la recurrencia de la enfermedad.

El uso de técnicas con agentes que permiten recrear imágenes ópticas de tumores marcados, ha ido ganando un enorme interés en la comunidad médica, debido a su capacidad para suministrar al médico una imagen en tiempo real. Se pueden utilizar la características únicas de un tumor para marcarlo empleando, por ejemplo, los anticuerpos específicos para antígenos expresados en la superficie de tumores unidos a moléculas fluorescentes o fluoróforos, que tienen la capacidad de absorber energía en forma de radiación electromagnética (luz) a una longitud de onda dada y emitir radiación electromagnética a una longitud de onda más larga.

La potencialidad del uso de sistemas nanoensamblados radica en que las nanopartículas primero son dotadas con una molécula que las hace específicas a la célula cancerígena (molecularmente dirigidas) y luego son cargadas con miles de moléculas fluorescentes, logrando que la absorción de pocas nanopartículas sobre la superficie de la célula cancerígena contenga una densidad altísima de moléculas fluorescentes. Estos fluoróforos, al ser iluminados por una fuente apropiada, emiten suficiente cantidad de radiación como para ser fácilmente detectada y lograr una resección oncológica adecuada guiada por fluorescencia, la que, potencialmente a largo plazo, disminuirá las recidivas, mejorará la estadificación intraoperatoria y, consecuentemente, disminuirá la mortalidad por esta afección.

En el mes de julio de 2014, y en el marco del Congreso Nacional e Internacional de la Sociedad Venezolana de Cirugía, coordinaremos el simposio de Nanotecnología y Medicina, gracias  a la colaboración y el trabajo en conjunto con el Dr. Jesús Tata.

Los proyectos de innovación, si bien es cierto, son largos, lentos y complejos, son las áreas de investigación que nos pone a competir científicamente con la actualidad mundial.  Es nuestro deber no quedarnos atrás y tratar de sumar el mayor número de recursos humanos capacitados, suficientes en Venezuela, en el desarrollo de estos proyectos, por nuestros enfermos y por nuestro país.

 *Dr. Gabriel Escalona Vivas. Servicio de Cirugía II, Hospital Universitario de Caracas, Venezuela

gaboesc@yahoo.com

 REFERENCIAS

 1. Vanna Sanna Nicolino Pala Mario Sechi. Targeted therapy using nanotechnology: focus on cancer. International Journal of Nanomedicine 2014;9:467–483.

2. Lal S, Clare SE, Halas NJ. Nanoshell-enabled photothermal cancer therapy: impending clinical impact. Acc Chem Res 2008;41(12): 1842–1851.

3. Gabizon A, Shmeeda H, Barenholz Y. Pharmacokinetics of pegylated liposomal doxorubicin: review of animal and human studies. Clin Pharmacokinet 2003;42(5):419–436.

4. Hrkach J, Von Hoff D, Mukkaram Ali M, et al. Preclinical develop- ment and clinical translation of a PSMA-targeted docetaxel nanopar- ticle with a differentiated pharmacological profile. Sci Transl Med. 2012;4(128):128ra139.

5. Syed Rahin Ahmed, Jinhua Dong, Megumi Yui et al. Quantum dots incorporated magnetic nanoparticles for imaging colon carcinoma cells. Journal of Nanobiotechnology 2013, 11:28

6. Siegel R, Ward E, Brawley O, Jemal A. Cancer statistics, 2011: the impact of eliminating socioeconomic and racial disparities on premature cancer deaths. CA Cancer J Clin 2011;61(4):212–236.

7. Anuario Mortalidad MPPS. 2010.

8. Feig B, Berger D, Fuhrman G. The M.D Anderson surgical oncology handbook. 4th Edition. Lippincott Williams & Wilkins. 2007. Cancer of the colon, rectum and anus. Pag 261–320.

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  1. #1 por Juan. Carlos Rodriguez Agostini el 16 de marzo de 2014 - 9:56 AM

    Excelente artículo! Felicitaciones al Dr. Escalona Rivas y a su grupo, por su trabajo y por creer en la investigación científica, tan cuesta arriba en nuestro pais en estos tiempos! Saludos

  2. #2 por Sintonia Para Crecer Resonancia el 23 de enero de 2016 - 9:41 PM

    excelente material de investigación apoyando a las nuevas generaciones como futuros investigadores..muchas gracias por compartir y el mejor de los exitos!!

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