Por Anne Trafton
Las nanopartículas recubiertas de polímero cargadas con medicamentos terapéuticos muestran una promesa significativa para el tratamiento del cáncer, incluido el cáncer de ovario. Estas partículas pueden dirigirse directamente a los tumores, donde liberan su carga y evitan muchos de los efectos secundarios de la quimioterapia tradicional.
Durante la última década, la profesora del Instituto MIT Paula Hammond y sus estudiantes han creado una variedad de estas partículas utilizando una técnica conocida como ensamblaje capa por capa. Han demostrado que las partículas pueden combatir eficazmente el cáncer en estudios con ratones.
Para ayudar a acercar estas nanopartículas al uso humano, los investigadores han ideado una técnica de fabricación que les permite generar mayores cantidades de partículas en una fracción del tiempo.
Hammond y Darrell Irvine, profesor de inmunología y microbiología en el Instituto de Investigación Scripps, son los autores principales del nuevo estudio, que aparece hoy en Advanced Functional Materials. Ivan Pires, PhD ’24, actualmente investigador posdoctoral en el Brigham and Women’s Hospital y científico visitante en el Instituto Koch, y Ezra Gordon ’24 son los autores principales del artículo. Heikyung Suh, técnico de investigación del MIT, también es autor.
Hace más de una década, el laboratorio de Hammond desarrolló una nueva técnica para construir nanopartículas con arquitecturas altamente controladas. Este enfoque permite colocar capas con diferentes propiedades sobre la superficie de una nanopartícula exponiendo alternativamente la superficie a polímeros con carga positiva y negativa.
Cada capa puede incorporar moléculas de fármacos u otros productos terapéuticos. Las capas también pueden transportar moléculas específicas que ayudan a las partículas a encontrar y entrar en las células cancerosas.
Utilizando la estrategia que desarrolló originalmente el laboratorio de Hammond, se aplica una capa a la vez y, después de cada aplicación, las partículas pasan por un paso de centrifugación para eliminar cualquier exceso de polímero. Los investigadores afirman que esto requiere mucho tiempo y sería difícil ampliarlo a una producción en gran escala.
Más recientemente, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Hammond desarrolló un enfoque alternativo para purificar las partículas, conocido como filtración de flujo tangencial. Sin embargo, aunque esto agilizó el proceso, todavía estaba limitado por su complejidad de fabricación y la escala máxima de producción.
Para crear un método de fabricación a mayor escala, los investigadores utilizaron un dispositivo de mezcla microfluídica que les permite agregar secuencialmente nuevas capas de polímero a medida que las partículas fluyen a través de un microcanal dentro del dispositivo. Para cada capa, los investigadores pueden calcular exactamente cuánta cantidad de polímero se necesita, lo que elimina la necesidad de purificar las partículas después de cada adición.
Esta estrategia elimina la necesidad de mezclar manualmente polímeros, agiliza la producción e integra procesos que cumplen con las buenas prácticas de fabricación (GMP). Los requisitos de GMP de la FDA garantizan que los productos cumplan con los estándares de seguridad y puedan fabricarse de manera consistente, lo que sería altamente complicado y costoso utilizando el anterior proceso por lotes paso a paso. El dispositivo microfluídico que utilizaron los investigadores en este estudio ya se utiliza para la fabricación GMP de otros tipos de nanopartículas, incluidas las vacunas de ARNm.
Utilizando este enfoque, los investigadores pueden generar 15 miligramos de nanopartículas (suficientes para unas 50 dosis) en sólo unos minutos, mientras que la técnica original tardaría cerca de una hora en crear la misma cantidad. Esto podría permitir la producción de partículas más que suficientes para ensayos clínicos y uso en pacientes, dicen los investigadores.
Para demostrar su nueva técnica de producción, los investigadores crearon nanopartículas recubiertas con una citocina llamada interleucina-12 (IL-12). El laboratorio de Hammond ha demostrado previamente que la IL-12 administrada por nanopartículas capa por capa puede activar células inmunes clave y retardar el crecimiento de tumores ováricos en ratones.
En este estudio, los investigadores descubrieron que las partículas cargadas con IL-12 fabricadas utilizando la nueva técnica mostraron un rendimiento similar al de las nanopartículas capa por capa originales. Y estas nanopartículas no sólo se unen al tejido canceroso, sino que muestran una capacidad única de no entrar en las células cancerosas. Esto permite que las nanopartículas sirvan como marcadores en las células cancerosas que activan el sistema inmunológico localmente en el tumor. En modelos de cáncer de ovario en ratones, este tratamiento puede provocar un retraso en el crecimiento del tumor e incluso la curación.
Los investigadores han solicitado una patente para la tecnología y ahora están trabajando con el Centro Deshpande para la Innovación Tecnológica del MIT con la esperanza de formar potencialmente una empresa para comercializar la tecnología. Aunque inicialmente se centrarán en los cánceres de la cavidad abdominal, como el cáncer de ovario, el trabajo también podría aplicarse a otros tipos de cáncer, incluido el glioblastoma, dicen los investigadores.
