3D spheroid models to study tumor colonizing anaerobic bacteria: a bridge from in vitro to in vivo

Dentro de los tumores más obstinados del cuerpo, se forma a menudo un paisaje extraño y peligroso. A medida que las células cancerosas se multiplican con una velocidad desenfrenada, superan su propio suministro de sangre, creando bolsas de inanición profunda donde el oxígeno no puede llegar. Estas áreas mueren, convirtiéndose en tejido necrótico, un sello distintivo de la enfermedad agresiva que usualmente señala un mal pronóstico para el paciente. Sin embargo, esta zona muerta guarda un secreto único: es el único lugar donde ciertos tipos de bacterias, que no pueden sobrevivir en presencia de oxígeno, pueden prosperar. Los científicos han sabido durante mucho tiempo que estas bacterias anaerobias buscan y colonizan naturalmente estos núcleos tumorales moribundos. Este descubrimiento ha impulsado un esfuerzo de décadas para convertir a estos invasores microscópicos en aliados, diseñándolos para entregar fármacos o activar el sistema inmunológico para atacar al cáncer desde el interior.

No obstante, antes de que estas medicinas vivas puedan ser probadas en personas, los investigadores deben demostrar que funcionan de manera segura y efectiva. Las pruebas de laboratorio tradicionales que utilizan capas planas de células en un plato fallan al intentar recrear el centro muerto y carente de oxígeno de un tumor, lo que hace imposible ver si las bacterias realmente encontrarán su objetivo. Por el contrario, probar directamente en animales plantea serias preocupaciones éticas y suele ser demasiado complejo para evaluar rápidamente muchas cepas bacterianas diferentes. Para cerrar esta brecha, un equipo de investigadores de la Universidad de Maastricht ha desarrollado un nuevo modelo tridimensional que imita las condiciones reales dentro de un tumor, permitiéndoles observar cómo se comportan estas bacterias en un entorno que se asemeja estrechamente al cuerpo humano.

Los investigadores comenzaron cultivando diminutos cúmulos con forma de bola de células cancerosas provenientes de tres fuentes diferentes: dos tipos de cáncer de ratón y un tipo de cáncer de colon humano. Dejaron que estos cúmulos crecieran hasta que desarrollaron sus propias zonas muertas internas, tal como lo hacen los tumores reales. Una vez que se formaron estos núcleos necróticos, el equipo introdujo esporas de Clostridium sporogenes, una bacteria no dañina que es segura para los humanos pero que ama vivir en entornos libres de oxígeno. Observaron que las bacterias germinaban con éxito a partir de sus esporas y se desplazaban hacia el profundo centro muerto de las bolas de células. En los modelos de cáncer de ratón, las bacterias crecieron con tanta vigorosidad que eventualmente causaron que toda la bola tumoral se desmoronara, mientras que en los modelos de cáncer humano, las bacterias se asentaron y permanecieron estables, reflejando lo que sucede en animales vivos.

Con las bacterias colonizando con éxito estos modelos, el equipo se centró en la seguridad. Una preocupación importante al usar bacterias como medicina es la capacidad de detenerlas si causan problemas o si el tratamiento debe finalizar. Los investigadores probaron varios antibióticos comunes para ver cuáles podían eliminar las bacterias del interior de las bolas tumorales. Descubrieron que algunos fármacos, como la tigeciclina, solo pausaban el crecimiento de las bacterias; una vez que el fármaco perdía efecto, las bacterias comenzaban a multiplicarse de nuevo. Sin embargo, otros antibióticos, específicamente la augmentin y la vancomicina, actuaron como verdaderos asesinos, eliminando por completo la población bacteriana y dejando las bolas tumorales intactas y libres de infección. Esta distinción es vital, ya que demuestra que el modelo puede diferenciar entre fármacos que simplemente ralentizan a las bacterias y aquellos que pueden eliminarlas por completo.

Finalmente, el equipo probó una terapia específica contra el cáncer llamada Terapia de Profármaco Enzimático Dirigida por Clostridium. En este enfoque, las bacterias son modificadas genéticamente para portar una herramienta especial que convierte un fármaco inofensivo en un veneno, pero solo dentro del tumor donde viven las bacterias. Los investigadores añadieron estas bacterias modificadas y el fármaco inofensivo a sus modelos tumorales. En los modelos de cáncer de ratón, la combinación causó que las bolas tumorales se encogieran significativamente más de lo que lo hacían la bacteria o el fármaco por separado. Los modelos de cáncer humano mostraron una tendencia similar de inhibición del crecimiento, aunque el efecto fue menos pronunciado. Estos resultados coincidieron con lo que los científicos habían visto previamente en animales vivos, confirmando que esta simple bola de células tridimensional puede predecir con precisión cómo actuará una terapia bacteriana compleja en un cuerpo vivo.

Al crear un sistema que captura el corazón muerto y carente de oxígeno de un tumor, los investigadores han proporcionado una poderosa nueva herramienta para el futuro del tratamiento del cáncer. Este modelo permite a los científicos cribar docenas de cepas bacterianas y combinaciones de fármacos de manera rápida y ética, filtrando aquellas que no funcionarán antes de probarlas siquiera en un animal o en una persona. Ofrece un camino claro hacia el perfeccionamiento de estas medicinas vivas, asegurando que, cuando finalmente lleguen a la clínica, sean seguras, efectivas y estén listas para atacar las partes más peligrosas del cáncer.