(De pie, de izquierda a derecha) Rong Tong, profesor asociado de ingeniería química; Wenjun «Rebecca» Cai, profesora asociada de ciencia e ingeniería de materiales; Eungyo Jang; y Ziyu Huo se reúnen alrededor de Liqian Niu (sentado), que trabaja con una máquina Luminex 200 utilizada para analizar los niveles de citoquinas tumorales. Crédito: Hailey Wade para Virginia Tech.
Sólo el año pasado, más de 600.000 personas en Estados Unidos murieron de cáncer, según la Sociedad Estadounidense del Cáncer. La búsqueda incesante de comprender esta compleja enfermedad ha dado forma al progreso médico en el desarrollo de procedimientos de tratamiento que son menos invasivos y al mismo tiempo altamente efectivos.
La inmunoterapia está surgiendo como posible solución. La inmunoterapia implica aprovechar el poder del sistema inmunológico del cuerpo para luchar contra las células cancerosas. Investigadores de la Facultad de Ingeniería han encontrado una manera de transformar un procedimiento de tratamiento en una práctica innovadora.
Rong Tong, profesor asociado de ingeniería química, se ha asociado con Wenjun «Rebecca» Cai, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales, para explorar un tratamiento de inmunoterapia contra el cáncer que ha sido de interés para los investigadores durante mucho tiempo.
en su recién publicado artículo en la revista avances científicos, Tong y Cai detallaron su enfoque, que implica activar las células inmunes del cuerpo y reprogramarlas para atacar y destruir las células cancerosas. Este método terapéutico se implementa frecuentemente con la proteína citocina. Las citocinas son pequeñas moléculas de proteínas que actúan como mensajeros bioquímicos intercelulares y son liberadas por las células inmunitarias del cuerpo para coordinar su respuesta.
«Las citoquinas son potentes y muy efectivas para estimular las células inmunes para eliminar las células cancerosas», dijo Tong. «El problema es que son tan potentes que si deambulan libremente por el cuerpo, activarán cada célula inmune que encuentren, lo que puede causar una respuesta inmune hiperactiva y efectos secundarios potencialmente fatales».
Tong y Cai, en colaboración con estudiantes de posgrado en ingeniería química y ciencia de materiales e ingeniería, han desarrollado un enfoque innovador para emplear proteínas citocinas como posible tratamiento de inmunoterapia. A diferencia de los métodos anteriores, su técnica garantiza que las citocinas que estimulan las células inmunitarias se localicen eficazmente dentro de los tumores durante semanas, preservando al mismo tiempo la estructura y los niveles de reactividad de las citocinas.
Combinando fuerzas para acabar con las células cancerosas
Los tratamientos actuales contra el cáncer, como la quimioterapia, no pueden distinguir entre células sanas y células cancerosas. Cuando alguien con cáncer recibe tratamiento con quimioterapia, el tratamiento ataca todas las células de su cuerpo, lo que puede provocar efectos secundarios como caída del cabello y fatiga.
Estimular el sistema inmunológico del cuerpo para que ataque los tumores es una alternativa prometedora para tratar el cáncer. La administración de citocinas puede reactivar las células inmunitarias del tumor, pero la sobreestimulación de las células sanas puede provocar efectos secundarios graves.
«Los científicos determinaron hace un tiempo que las citoquinas pueden usarse para activar y combatir tumores, pero no sabían cómo localizarlas dentro del tumor sin exponer la toxicidad al resto del cuerpo», dijo Tong. «Los ingenieros químicos pueden analizar esto desde un enfoque de ingeniería y utilizar sus conocimientos para ayudar a refinar y elevar la eficacia de las citocinas para que puedan funcionar dentro del cuerpo de manera eficaz».
El objetivo del equipo de investigación es encontrar un equilibrio entre matar las células cancerosas en el cuerpo y preservar las células sanas.
Para lograr este objetivo, Tong y sus estudiantes utilizaron su experiencia para crear partículas especializadas con tamaños distintivos que ayudan a determinar hacia dónde se dirige la droga. Estas micropartículas están diseñadas para permanecer dentro del entorno del tumor después de ser inyectadas en el cuerpo. Cai y sus alumnos trabajaron para medir las propiedades superficiales de estas partículas.
«En el campo de la ciencia e ingeniería de materiales, estudiamos la química de la superficie y el comportamiento mecánico de los materiales, como la partícula especializada creada para este proyecto», dijo Cai. «La ingeniería y caracterización de superficies, junto con el tamaño de las partículas, desempeñan funciones importantes en la administración controlada de fármacos, lo que garantiza una presencia prolongada del fármaco y una eficacia terapéutica sostenida».
Para garantizar una administración exitosa de medicamentos, Tong y sus estudiantes de ingeniería química diseñaron una estrategia novedosa que:
- Ancla las citocinas a estas nuevas micropartículas, limitando el daño de las citocinas a las células sanas.
- Permite que las citoquinas recién ancladas en partículas impulsen los sistemas inmunológicos y recluten células inmunes para atacar las células cancerosas.
«Nuestra estrategia no sólo minimiza el daño inducido por las citocinas a las células sanas, sino que también prolonga la retención de citocinas dentro del tumor», dijo Tong. «Esto ayuda a facilitar el reclutamiento de células inmunes para el ataque tumoral dirigido».
El siguiente paso en el proceso implica combinar el nuevo método de terapia de citoquinas localizadas con anticuerpos bloqueadores de puntos de control aprobados por la Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA), disponibles comercialmente, que reactivan las células inmunitarias tumorales que han sido silenciadas para que puedan defenderse de las células cancerosas. .
«Cuando hay un tumor dentro del cuerpo, las células cancerosas desactivan las células inmunitarias del cuerpo», explicó Tong. «El anticuerpo bloqueador de puntos de control aprobado por la FDA ayuda a ‘quitar los frenos’ que los tumores imponen a las células inmunes, mientras que las moléculas de citoquinas ‘pisan el acelerador’ para reactivar el sistema inmunológico y obtener un ejército de células inmunes para combatir las células cancerosas. Estos dos enfoques trabajan juntos para activar las células inmunes».
En su estudio, la combinación de los anticuerpos del punto de control con la citocina anclada a partículas demostró eliminar con éxito muchos tumores.
Ingeniería de un impacto en el tratamiento del cáncer
Los miembros del equipo esperan que su impacto en el tratamiento de inmunoterapia sea parte de un movimiento mayor hacia enfoques de tratamiento del cáncer que sean inofensivos para las células sanas. Según el equipo, el nuevo enfoque de unir citoquinas a partículas también podría usarse en el futuro para administrar otros tipos de fármacos inmunoestimulantes.
«Los investigadores todavía están buscando tratamientos contra el cáncer más seguros y eficaces», dijo Tong. «Esta motivación es lo que nos impulsa a desarrollar nuevas tecnologías en este campo. Toda la clase de medicamentos que se emplean para reactivar el sistema inmunológico para combatir las células cancerosas aún no ha tenido éxito.
«Nuestro objetivo es crear soluciones novedosas que permitan a los investigadores probar estos medicamentos con terapias existentes aprobadas por la FDA, garantizando tanto la seguridad como una mayor eficacia».
Cai dijo que la naturaleza de la investigación sobre el tratamiento del cáncer requiere experiencia en todas las disciplinas de la ingeniería.
«Veo este proyecto como una unión perfecta entre la ingeniería química y la ciencia de los materiales», afirmó Cai. «El primero se centra en la síntesis y la administración de fármacos, el segundo en la aplicación de la caracterización de materiales avanzados. Esta colaboración no sólo acelera la investigación en inmunoterapia, sino que también tiene la capacidad de transformar el tratamiento del cáncer».
Más información:
Liqian Niu et al, Las citocinas de anclaje de partículas no covalentes con retención tumoral prolongada provocan de forma segura una potente inmunidad antitumoral, Avances científicos (2024). DOI: 10.1126/sciadv.adk7695. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adk7695
Citación: Los investigadores desarrollan una nueva forma de estimular de forma segura las células inmunitarias para combatir el cáncer (2024, 19 de abril) obtenido el 21 de abril de 2024 de https://medicalxpress.com/news/2024-04-safely-boost-immune-cells-cancer.html
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