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Nuevos mecanismos para mejorar la radioterapia y el diagnóstico del cáncer

Gorodenkoff / Shutterstock

En el año 2000 se descubrió que los daños provocados por la radioterapia a las personas con cáncer podían proceder de los electrones secundarios de baja energía que se generan al utilizar esta técnica. Esta terapia es una de las más comunes en el tratamiento de esta enfermedad, junto con la quimioterapia y la cirugía.

El inconveniente es que al irradiar material biológico se producen roturas en el ADN de las células, provocando no solo la muerte de las cancerosas sino también de algunas sanas.

Ahora, un grupo de investigación del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), en colaboración con otros grupos europeos, está evaluando dos terapias alternativas (la de protones y la de haces de iones).

Por otro lado, otro equipo del CSIC está estudiando el uso de los nanomateriales en este campo. Estas aproximaciones son más eficientes que la radioterapia tradicional que, como vemos, es poco selectiva por lo que tiene numerosos efectos secundarios.

Radioterapias alternativas con menos efectos secundarios

La gran ventaja de los haces de partículas cargadas (electrones, protones e iones pesados) frente a la radioterapia tradicional (rayos X) basada en la irradiación con fotones es que la pérdida de energía del haz primario se realiza de forma gradual.

Lo hace hasta alcanzar un valor en el que las probabilidades de interacción de estas partículas con las moléculas del medio alcanzan sus valores máximos. Así, el depósito de energía en esa zona (llamada pico de Bragg) aumenta considerablemente, concentrando el efecto de la radiación en una área localizada.

La profundidad del pico de Bragg en el blanco depende de la energía incidente. Así, seleccionando este valor, se puede depositar la mayor parte de la energía del haz dentro del tumor, minimizando su efecto en el tejido sano.

La terapia de protones y la terapia con iones pesados (helio, carbono, oxígeno) llevan ya varias décadas implantadas en Europa, especialmente en Alemania, Francia e Italia.

Moléculas radiosensibilizadoras, aliadas de la radioterapia

Para reforzar el efecto biológico de la radiación dentro de la región de interés se inyectan moléculas específicas en la región tumoral (llamados radiosensibilizadores moleculares).

Dadas las características de este tipo de irradiación, la generación de electrones secundarios y radicales libres en las cercanías del pico de Bragg es enorme. Por eso, los modelos basados en interacciones moleculares son imprescindibles para caracterizar de forma realista la efectividad biológica relativa (RBE) asociada con estas radiaciones.

La radioterapia con protones e iones en combinación con el uso de radiosensibilizadores moleculares es una de las técnicas más prometedoras en el tratamiento del cáncer. Pero su correcta aplicación requiere la colaboración de grupos de investigación básica con servicios de radiofísica e institutos de investigación biomédica de hospitales.

Por ahora, la Sanidad Pública todavía no cuenta en los hospitales españoles con instalaciones de radioterapia con protones. Pero se están realizando experimentos radiobiológicos conjuntos en el acelerador de protones del Centro de Microanálisis de Materiales (CMAM). Además, se está desarrollando un nuevo modelo de determinación de dosis basada en el daño a nivel molecular.

Nanomateriales para tratar el cáncer

Los nanomateriales, que son más pequeños que las células humanas, están generando un gran interés a nivel global dado que tienen propiedades únicas y múltiples aplicaciones en campos como la medicina.

Un gran ejemplo de ello son las nanopartículas lipídicas usadas en las vacunas de Pfizer y Moderna. Estas permiten encapsular el ARNm en su interior, protegerlo y transportarlo eficientemente hasta las células.

En oncología, los nanomateriales también están demostrando ser de gran relevancia tanto en el diagnóstico como en la terapia del cáncer. Pero ¿cómo?

Los tumores pueden acumular determinados materiales como nanopartículas o lípidos, un fenómeno conocido como efecto de permeabilidad y retención aumentada (EPR). Por eso, las nanopartículas se acumulan más en estos tejidos que en los sanos y permanecen en el tumor, asegurando que el tratamiento tiene lugar en la zona deseada. Es decir, estos nanomateriales pueden ser cargados con un determinado medicamento que ataque directamente a las células cancerígenas. De esta forma se reducen los posibles efectos secundarios.

Además, estos materiales pueden incorporar también agentes de reconocimiento específico para dirigirse selectivamente a la zona a tratar y asegurar una acumulación aún mayor. Esto abre la puerta a nuevas estrategias para el tratamiento del cáncer, como el transporte de fármacos quimioterapéuticos.

Los nanomateriales también podrían mejorar el radiodiagnóstico y la radioterápia

Por otro lado, los nanomateriales se están investigando cada vez más en el radiodiagnóstico y la radioterapia. Por ejemplo, ciertas nanopartículas pueden acumularse en el tumor y actuar como radiosensibilizadores. Así, estas partículas permiten generar un aumento del daño producido en el tumor debido a la radiación externa aplicada. Esto posibilita la administración de dosis menores para producir el mismo efecto en las células tratadas.

Actualmente se está llevando a cabo una investigación en esta línea en el Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB), junto con el Hospital Universitario Vall d’Hebron (HUVH). Se basa en el desarrollo de nanopartículas metálicas y la evaluación in vitro de su efecto en la mejora de la radioterapia.

Por otra parte, la radiación también se puede administrar internamente mediante nanomateriales radioactivos. El uso de nanopartículas radioactivas que se acumulan en la zona tumoral permite mejorar el tratamiento localizado en la zona afectada, reduciendo los efectos secundarios en los órganos sanos.

Por último, los nanomateriales también son interesantes porque pueden incorporar agentes radioactivos diagnósticos, facilitando su acumulación en el tumor y la detección por imagen. Además, se pueden combinar con agentes terapéuticos para ver en tiempo real los efectos de un determinado tratamiento. En este escenario se están desarrollando nanomateriales radioactivos para el diagnóstico y terapia de cáncer, destacando el de próstata y el de pulmón, entre otros.

La misión es mejorar tres pilares en la batalla contra el cáncer: la prevención, el diagnóstico y tratamiento, junto con la calidad de vida de los pacientes, los supervivientes, sus familias y sus cuidadores. Para lograrlos es imprescindible seguir avanzando en métodos más precisos y que la ciencia básica mejore la comprensión de los mecanismos de los tumores.

The Conversation

Marina Llenas Martínez está contratada con los fondos del Consejo Europeo de Investigación (European Research Council) a través del proyecto ERC Consolidator Grant NEST (Grant Agreement: 725743).

Gerard Tobías Rossell recibe fondos del Consejo Europeo de Investigación (European Research Council) a través del proyecto ERC Consolidator Grant NEST (Grant Agreement: 725743).

Gustavo García Gómez-Tejedor recibe fondos del Ministerio de Ciencia e Innovación (proyecto PID2019-104727Rb-C21) y del CSIC (proyecto LINKA 20085).

The Conversation. Rigor académico, oficio periodístico

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