Bacterioterapia con bacterias genéticamente modificadas y nanopartículas ofrece un enfoque prometedor para el tratamiento y diagnóstico del cáncer.
Las células cancerosas se desarrollan compitiendo con las células normales para sobrevivir. Ahora, los investigadores están empleando bacterias vivas para luchar contra el cáncer. Esta denominada bacterioterapia, el despliegue de bacterias para combatir el cáncer, ha despertado interés en los campos de la inmunoterapia y la bioingeniería.
Mientras que las formas convencionales de tratar el cáncer con fármacos pueden verse afectadas por una deposición insuficiente de la sustancia terapéutica en los tumores, el avance hacia la bacterioterapia garantiza la máxima deposición de moléculas terapéuticas en el tumor mediante la manipulación genética de las bacterias. Este proceso, sin embargo, requiere reacciones químicas complejas para aumentar la toxicidad bacteriana hacia las células tumorales.
Para resolver este desafío, los científicos del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón (JAIST) informan sobre un sistema sencillo que permite que las bacterias vivas que transportan nanopartículas se utilicen para la inmunoterapia fototérmica contra el cáncer.
Las bacterias vivas transportan nanopartículas funcionalizadas
Una bacteria en una placa de Petri no se comportará de la misma manera que una bacteria viva en una célula cancerosa debido a sus diferentes entornos. Las bacterias pueden enviar señales terapéuticas a los tumores, pero cuando se modifican para transportar moléculas extrañas, como nanopartículas, se debe considerar cuidadosamente la estabilidad genética de las bacterias modificadas en las células receptoras.
El autor principal, Eijiro Miyako, explica que la combinación de una bacteria no patógena con una nanopartícula funcional puede ayudar a controlar la respuesta inmunitaria en las células hospederas, al mismo tiempo que mantiene su estabilidad genética. Al desarrollar esta tecnología, combinó un fluoróforo no tóxico, verde de indocianina (ICG), con un agente solubilizante, Cremophor EL (CRE), para formar nanopartículas ICG-CRE. La incubación de las nanopartículas resultantes con Bifidobacterium bifidum produjo la bacteria modificada.
Publicado en Nano Letters, Miyako y el coautor Sheethal Reghu describen varias características de las bacterias modificadas, tienen un diámetro promedio de 100 nm y pueden detectarse en células cancerosas mediante el uso de luz infrarroja cercana para generar fluorescencia ICG.
Terapia fototérmica del cáncer
Para implementar las bacterias creadas mediante nanoingeniería para uso terapéutico, Miyako y Reghu aprovecharon el potencial de ICG para convertir la luz en calor cuando se irradia con luz infrarroja cercana. Como tal, la bacteria sirve simultáneamente como agente fototérmico y de seguimiento.
Los investigadores probaron las bacterias creadas mediante nanoingeniería en un modelo de ratón con cáncer colorrectal, así como en líneas celulares de cáncer humano, y no encontraron toxicidad grave en ninguno de los dos. Por otro lado, cuando introdujeron bacterias naturales en las células, observaron una mayor citotoxicidad en comparación con la contraparte diseñada.
Además, examinaron la capacidad de matar de las bacterias modificadas genéticamente en las células cancerosas después de la exposición a la radiación infrarroja. Esto desencadenó un efecto térmico del colorante ICG que eliminó efectivamente las células cancerosas sensibles al calor. La bacteria modificada también demostró ser prometedora como herramienta de diagnóstico, ya que los rastros del colorante ICG permanecieron visibles en el tumor del ratón durante tres días después de la inyección intratumoral.
Para evaluar la eficacia anticancerígena en el modelo de ratón, los investigadores inyectaron bacterias naturales o modificadas en tumores sólidos. Después de la irradiación con láser, la conversión fototérmica de las bacterias modificadas hizo que los tumores sólidos desaparecieran antes de los 45 días, con la ayuda de respuestas inmunológicas. Señalan que, aunque también se observó la supresión del tumor con el tratamiento con bacterias naturales, su eficacia fue menor que la de las bacterias modificadas.
El potencial diagnóstico y terapéutico de las bacterias creadas mediante nanoingeniería abre vías para su uso como futuros agentes teragnósticos. Los autores creen que mediante el uso de tecnología microbiana actualizada, las bacterias vivas pueden explotarse para desencadenar la supresión de tumores y contribuir a la batalla contra el cáncer.
Más información: Sheethal Reghu and Eijiro Miyako. Nano Letters 2022 22 (5), 1880-1888. DOI: 10.1021/acs.nanolett.1c04037
Nota original: physicsworld