Las matemáticas, la biología y la nanotecnología se están volviendo extrañas pero efectivas como compañeros de cama en la lucha contra la resistencia al tratamiento contra el cáncer. Los investigadores de la Universidad de Waterloo y la Facultad de Medicina de Harvard han diseñado un nuevo enfoque revolucionario para el tratamiento del cáncer que combina una combinación letal de medicamentosjuntos en una sola nanopartícula.
Su trabajo, publicado en línea el 3 de junio de 2016 en la revista líder en nanotecnología ACS Nano , encuentra un nuevo método para reducir los tumores y evita la resistencia en los cánceres agresivos al activar dos medicamentos dentro de la misma célula al mismo tiempo
Cada año, miles de pacientes mueren por cánceres recurrentes que se han vuelto resistentes a la terapia, lo que resulta en uno de los mayores desafíos sin resolver en el tratamiento del cáncer. Al rastrear el destino de las células cancerosas individuales bajo la presión de la quimioterapia, biólogos y bioingenieros en la Facultad de Medicina de Harvardestudió una red de señales y vías moleculares que permiten a las células generar resistencia en el transcurso del tratamiento.
Usando esta información, un equipo de matemáticos aplicados dirigido por el profesor Mohammad Kohandel de la Universidad de Waterloo, desarrolló un modelo matemático que incorporó algoritmos que definen las transiciones del estado celular fenotípico de las células cancerosas en tiempo real mientras están bajo el ataque de un agente anticancerígenoLas simulaciones matemáticas les permitieron definir el comportamiento molecular exacto y la ruta de las señales, lo que permite que las células cancerosas sobrevivan al tratamiento con el tiempo.
Descubrieron que la PI3K / AKT quinasa, que a menudo se sobreactiva en los cánceres, permite que las células se sometan a un programa de resistencia cuando se las presiona con la quimioterapia citotóxica conocida como taxanos, que se usan convencionalmente para tratar los cánceres de mama agresivos. Esta ventana revolucionariaen la vida de una célula revela que existen vulnerabilidades a los inhibidores de la quinasa PI3K / AKT de molécula pequeña, y pueden ser atacadas si se aplican en la secuencia correcta con combinaciones de otras drogas.
Anteriormente, las teorías de la resistencia a los medicamentos se basaban en la hipótesis de que solo ciertas células "privilegiadas" pueden superar la terapia. Las simulaciones matemáticas demuestran que, en las condiciones y eventos de señalización correctos, cualquier célula puede desarrollar un programa de resistencia.
"Hace poco comenzamos a apreciar la importancia de las matemáticas y la física para comprender la biología y la evolución del cáncer", dijo el profesor Kohandel. "De hecho, ahora hay una sinergia creciente entre estas disciplinas, y estamos comenzando a apreciar cómoEsta información puede ser crítica para crear las recetas correctas para tratar el cáncer ".
Aunque estudios previos exploraron el uso de combinaciones de medicamentos para tratar el cáncer, el enfoque de golpe doble no siempre es exitoso. En el nuevo estudio, dirigido por el profesor Aaron Goldman, miembro de la facultad en la división de Ingeniería en Medicina en Brigham yWomen's Hospital, los científicos se dieron cuenta de que una de las principales desventajas del enfoque de la terapia de combinación es que ambos medicamentos deben estar activos en la misma célula, algo que los métodos de administración actuales no pueden garantizar.
"Nos inspiró la comprensión matemática de que una célula cancerosa reconecta los mecanismos de resistencia en un orden muy específico y de manera sensible al tiempo", dijo el profesor Goldman. "Al desarrollar una nanomedicina 2 en 1, podríamos asegurar laLa célula que estaba adquiriendo esta nueva resistencia vio la combinación letal de drogas, cerró el programa de supervivencia y eliminó la evidencia de resistencia. Este enfoque podría redefinir cómo los médicos administran combinaciones de drogas en la clínica ".
El enfoque que tomaron los bioingenieros fue construir una sola nanopartícula, inspirada en modelos de computadora, que explotara una técnica conocida como química supramolecular. Esta nanotecnología permite a los científicos construir juntos medicamentos unidos al colesterol a partir de bloques de construcción "tipo tetris" queensamblar, incorporando múltiples medicamentos en nano-vehículos estables e individuales que se dirigen a los tumores a través de la vasculatura permeable. Esta estrategia 2 en 1 asegura que la resistencia a la terapia nunca tenga la oportunidad de desarrollarse, reuniendo la receta correcta para destruir las células cancerosas sobrevivientes.
Utilizando modelos de ratón de cáncer de mama agresivo, los científicos confirmaron las predicciones del modelo matemático de que ambos fármacos deben administrarse de manera determinista a la misma célula.
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Materiales proporcionado por Universidad de Waterloo . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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