PAMAM-PLGA nanocarrier as potential co-delivery system against liver cancer: in vitro studies

El cáncer sigue siendo uno de los desafíos más persistentes para la salud humana, una enfermedad definida por células que crecen y se dividen sin detenerse. Aunque los médicos han dependido durante mucho tiempo de la cirugía, la radiación y los fármacos químicos para combatirla, estos tratamientos suelen enfrentarse a un problema difícil: pueden dañar el tejido sano tanto como al tumor. Los fármacos de quimioterapia, en particular, son como instrumentos romos; circulan por todo el cuerpo, atacando a las células que se dividen rápidamente en todas partes, lo que provoca efectos secundarios graves y a menudo no logra entregar una dosis suficientemente alta al tumor mismo. Para resolver esto, los científicos han recurrido a la nanotecnología, un campo que construye máquinas microscópicas para transportar medicinas directamente a donde se necesitan. Un enfoque prometedor consiste en utilizar estructuras diminutas, similares a árboles, llamadas dendrímeros, que pueden sujetar fármacos en sus ramas, y recubrirlos con plásticos biodegradables que protejan la carga y ayuden a que se deslicen a través de las defensas del cuerpo. El objetivo es crear un sistema de entrega que libere su medicina solo cuando llegue al entorno específico y ácido de un tumor, preservando el resto del cuerpo.

En un estudio reciente, los investigadores se propusieron construir tal sistema específicamente para el cáncer de hígado, una enfermedad que causa cientos de miles de muertes en todo el mundo. Se centraron en la línea celular HepG2, un modelo común para el cáncer de hígado humano, y diseñaron un nuevo tipo de nanoportador combinando dos materiales: un dendrímero de poliamidoamina de generación 4 y un polímero biodegradable conocido como PLGA. El dendrímero actúa como un andamio con muchas ramas para sujetar la medicina, mientras que el recubrimiento de PLGA sirve como una capa protectora que reduce la toxicidad y ayuda a la partícula a moverse a través del torrente sanguíneo. El equipo cargó este portador con dos agentes diferentes contra el cáncer: sorafenib, un fármaco que detiene las señales de crecimiento tumoral, y curcumina, un compuesto natural con propiedades antioxidantes que puede ayudar a matar las células cancerosas. Al probar esta combinación en un entorno de laboratorio, los investigadores pretendían ver si la entrega de ambos fármacos juntos en este diminuto paquete sería más efectiva y segura que administrar los fármacos por separado.

El primer paso fue confirmar que el nanoportador se había construido correctamente. Utilizando diversas herramientas analíticas, el equipo examinó los enlaces químicos y la forma física de su creación. Descubrieron que los dos materiales se habían unido con éxito y que los fármacos estaban sujetos de forma segura dentro de la estructura. Las partículas resultantes eran aproximadamente esféricas y medían unos 231 nanómetros de diámetro, un tamaño lo suficientemente pequeño como para viajar a través de los vasos sanguíneos pero lo suficientemente grande como para evitar ser filtradas demasiado rápido por los riñones. Cuando los investigadores observaron las partículas bajo un potente microscopio electrónico, aparecieron como formas globulares que oscilaban entre 100 y 250 nanómetros, confirmando que la mezcla era uniforme y estable. También midieron cuánto fármaco podía contener el portador, encontrando que cargó con éxito aproximadamente un 5,7 por ciento de sorafenib y un 4,4 por ciento de curcumina por peso, una cantidad prometedora para un sistema de entrega de este tamaño.

Una característica crítica de este nuevo sistema es cómo libera su medicina. En el cuerpo humano, la sangre normal tiene un nivel de pH neutro, mientras que el entorno dentro de un tumor es más ácido debido al rápido crecimiento y metabolismo de las células cancerosas. Los investigadores probaron su nanoportador en soluciones que imitaban estas diferentes condiciones. En un entorno neutro, similar a la sangre sana, los fármacos se liberaban muy lentamente, con solo una pequeña fracción escapando en las primeras dos horas. Sin embargo, cuando el entorno se volvía ácido, imitando el interior de un tumor, la tasa de liberación aumentaba significamente con el tiempo. Aunque solo se liberó alrededor del 7,8% de sorafenib y el 5,7% de curcumina en las primeras dos horas incluso en condiciones ácidas, la liberación se aceleró a medida que pasaba el tiempo, alcanzando más del 50% para el sorafenib y casi el 59% para la curcumina en el pH 5,0 dentro del mismo intervalo de dos horas observado en el resumen de la tendencia del estudio, o más precisamente, el estudio señaló que la liberación alcanzó el 51,6% para el sorafenib y el 58,9% para la curcumina en el pH 5,0, demostrando una clara respuesta sensible al pH donde el portador se abre para liberar la medicina una vez que alcanza el microambiente ácido del cáncer.

La verdadera prueba del nanoportador llegó cuando los investigadores expusieron células de cáncer de hígado al mismo. Compararon los efectos del portador vacío, el portador con un solo fármaco, el portador con ambos fármacos y los fármacos administrados solos. Los resultados mostraron un patrón claro: el portador vacío era seguro y no dañaba las células. Los portadores de un solo fármaco eran efectivos, pero el portador que contenía tanto sorafenib como curcumina era el más potente. Tras tratar las células cancerosas con el portador de doble fármaco durante 24 horas, el número de células vivas cayó a aproximadamente el 21 por ciento. Cuando el tratamiento continuó durante 48 y 72 horas, la tasa de supervivencia de las células cancerosas descendió aún más, hasta el 9,4 por ciento y el 4,3 por ciento, respectivamente. En contraste, cuando las mismas células fueron tratadas con los fármacos puros sin el nanoportador, muchas más células sobrevivieron, lo que indica que el sistema de entrega hace que los fármacos sean mucho más efectivos para matar el cáncer. Es importante destacar que, cuando los investigadores probaron el mismo nanoportador en células humanas normales, esas células permanecieron mayoritariamente sanas, con tasas de supervivencia superiores al 78 por ciento, lo que sugiere que este enfoque podría preservar el tejido sano del daño que suele causar la quimioterapia.

Para comprender cómo mataba el nanoportador a las células cancerosas, el equipo observó la actividad genética dentro de las células. Midieron los niveles de genes específicos que controlan la muerte celular, conocida como apoptosis. El estudio encontró que el nanoportador de doble fármaco causó un aumento dramático en la actividad de los genes que desencadenan la muerte celular, tales como Caspasa9, P53 y Bax. La actividad de estos genes aumentó casi siete veces en comparación con las células no tratadas. Al mismo tiempo, el nanoportador redujo significativamente la actividad de Bcl2, un gen que actúa como un escudo para evitar que las células mueran. Este cambio en la actividad genética confirma que el nanoportador no solo está deteniendo el crecimiento de las células cancerosas, sino que las está obligando activamente a autodestruirse. La combinación de los dos fármacos entregados juntos parece funcionar mejor que cualquiera de los fármacos por separado, creando una señal más fuerte para que las células cancerosas mueran mientras deja a las células normales mayormente intactas.

Esta investigación demuestra que un nanoportador fabricado a partir de polímeros de PAMAM y PLGA puede transportar con éxito dos fármacos diferentes contra el cáncer a las células de cáncer de hígado en un entorno de laboratorio. El sistema demostró ser capaz de proteger los fármacos, liberarlos específicamente en condiciones ácidas e inducir una fuerte respuesta de muerte en las células cancerosas, manteniéndose seguro para las células normales. El estudio sugiere que este enfoque de co-entrega podría ser una estrategia valiosa para mejorar el tratamiento del cáncer de hígado, ofreciendo una forma de aumentar la efectividad de los fármacos existentes y reducir sus efectos secundarios. Si bien estos hallazgos se limitan a experimentos de laboratorio y aún no han sido probados en organismos vivos, proporcionan una base sólida para el desarrollo futuro de terapias dirigidas que algún día podrían ofrecer una opción más precisa y menos tóxica para los pacientes que enfrentan el cáncer de hígado.