Nuevas nanopartículas de metal líquido para el cáncer p

Los investigadores desarrollan un nuevo agente teranóstico contra el cáncer que puede convertir la energía luminosa en calor y, a su vez, destruir las células cancerosas.

Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón

Imagen: Se ha utilizado una aleación versátil de galio-indio de metal líquido (LM) para desarrollar una nueva nanopartícula LM que alberga un inmunomodulador y un inhibidor de puntos de control inmunológico, Anti-PD-L1. Tras la irradiación con luz infrarroja cercana, Anti-PD-L1 se une específicamente a la célula cancerosa, mientras que los inmunoestimulantes activan las células T y dendríticas. Esta activación sinérgica junto con el efecto fototérmico elimina eficazmente la célula cancerosa casi de inmediato.ver más

Crédito: Eijiro Miyako de JAIST.

Ishikawa, Japón -- Los metales líquidos (LM), como el galio puro (Ga) y las aleaciones a base de Ga, son una nueva clase de materiales con propiedades fisicoquímicas únicas. Una de las aplicaciones más destacadas de los LM es la terapia fototérmica contra el cáncer, en la que las nanopartículas funcionales de LM convierten la energía luminosa en energía térmica, matando así las células cancerosas. La fototerapia basada en LM es superior a la terapia tradicional contra el cáncer debido a su alta especificidad, repetibilidad y bajos efectos secundarios.

En un nuevo estudio de vanguardia, el profesor asociado Eijiro Miyako y sus colegas del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón (JAIST) sintetizaron nanopartículas multifuncionales basadas en Ga que combinan fototerapia contra el cáncer con inmunoterapia. La nueva nanopartícula LM sintetizada (PEG-IMIQ-LM) contiene una aleación LM eutéctica de galio-indio (EGaIn) y un modulador inmunológico imiquimod (IMIQ), ambos integrados dentro de un tensioactivo biocompatible DSPE-PEG2000-NH2. Los hallazgos detallados de su estudio se publicaron en Advanced Functional Materials.

“Creemos que la convergencia de la nanoingeniería inmunológica y la tecnología LM podría proporcionar una modalidad prometedora para desencadenar respuestas inmunitarias ideales para avanzar en la inmunoterapia contra el cáncer. En este estudio, presentamos nanopartículas LM multifuncionales activables por luz con inmunoestimulantes para combinar la terapia fototérmica con la inmunoterapia”, dice el Dr. Miyako, mientras analiza la motivación del equipo para realizar este estudio.

Primero, el equipo de investigación preparó nanopartículas LM dispersables en agua mediante un proceso de sonicación simple de un solo paso utilizando DSPE-PEG2000-NH2 para introducir IMIQ. Esto se considera un gran avance, ya que EGaIn LM es inherentemente un material inmiscible en agua. Investigaciones adicionales confirmaron que LM se desintegra para garantizar la entrega de IMIQ al objetivo. Además, la nanopartícula preparada mostró un aumento lineal en la absorbancia en la región del infrarrojo cercano (NIR) a 808 nm, lo que confirma su naturaleza ópticamente activable.

Cuando la solución acuosa de la nanopartícula LM fue irradiada por el láser NIR (808 nm), el equipo observó un aumento notable en la temperatura de la solución, que era proporcional al aumento en la concentración de la nanopartícula. Estos hallazgos confirmaron que la nanopartícula PEG-IMIQ-LM era un portador de fármaco fototérmico robusto y estable, adecuado para inmunoterapia.

Experimentos adicionales revelaron que las nanopartículas LM eran extremadamente seguras y no causaban citotoxicidad en fibroblastos humanos (MRC5) ni en células de cáncer de colon de ratón (Colon26). Para evaluar el grado de internalización y distribución de las partículas, se introdujo en la partícula un tinte fluorescente conocido como verde de indocianina (ICG) mediante sonicación, lo que dio como resultado la partícula PEG-ICG-IMIQ-LM. La microscopía fluorescente (FL) equipada con un rayo láser demostró que la partícula LM mostraba una fuerte fluorescencia en varias longitudes de onda NIR e inmediatamente destruyó las células Colon26. Por lo tanto, las partículas LM no solo podrían administrar eficientemente el inmunomodulador, sino que también podrían permitir su seguimiento en tiempo real y eliminar células cancerosas específicas.

Finalmente, el equipo desarrolló un nanoestimulador inmunológico LM multifacético para la terapia contra el cáncer. Para hacerlo, agregaron el anticuerpo anti-ligando-1 de muerte programada (Anti-PD-L1), uno de los inhibidores de puntos de control inmunológico más prometedores, a la nanopartícula fluorescente LM existente. La partícula modificada, Anti-PD-L1‒PEG–ICG–IMIQ–LM, se dispersó eficientemente con una fluorescencia significativa. Con el aumento del tiempo posterior a la irradiación, la temperatura de la superficie del tumor aumentó linealmente, lo que indica el efecto antitumoral de la nanopartícula.

La adición de Anti-PD-L1 a la nanopartícula permitió la unión de la partícula LM a PD-L1 en las células cancerosas, marcándolas para la fagocitosis por macrófagos y células dendríticas (DC). Las partículas Anti-PD-L1–PEG–IMIQ–LM inducidas por láser exhibieron la eliminación más alta y completa del cáncer, junto con una curación y recuperación más rápidas.

Además, cuando el tumor reapareció, los ratones tratados con partículas Anti-PD-L1-PEG-IMIQ-LM inducidas por láser mostraron una eficacia antitumoral sostenida y una supervivencia prolongada.

Mientras analiza las implicaciones futuras del estudio, el Dr. Miyako reflexiona: “Creemos que estos efectos inmunológicos sinérgicos y nanofunciones ópticas de los LM tienen amplias aplicaciones terapéuticas y podrían contribuir a tecnologías teranósticas innovadoras contra el cáncer. Tenemos la esperanza de que esta tecnología esté disponible para ensayos clínicos en 10 años”.

No podemos esperar a ver cómo los hallazgos del equipo contribuyen a tratamientos novedosos y eficaces contra el cáncer.

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Referencia

Título del artículo original:

Inmunoestimulantes de metales líquidos activables por luz para nanotheranostics del cáncer

Autores:

Yun Qi, Mikako Miyahara, Seigo Iwata, Eijiro Miyako*

Diario:

Materiales funcionales avanzados

DOI:

10.1002/adfm.202305886

Acerca del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón, Japón

Fundado en 1990 en la prefectura de Ishikawa, el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón (JAIST) fue la primera escuela nacional independiente de posgrado en Japón. Ahora, después de 30 años de progreso constante, JAIST se ha convertido en una de las mejores universidades de Japón. JAIST cuenta con múltiples campus satélites y se esfuerza por fomentar líderes capaces con un sistema educativo de vanguardia donde la diversidad es clave; Alrededor del 40% de sus alumnos son estudiantes internacionales. La universidad tiene un estilo único de educación de posgrado basado en un plan de estudios cuidadosamente diseñado y orientado a cursos para garantizar que sus estudiantes tengan una base sólida sobre la cual llevar a cabo investigaciones de vanguardia. JAIST también trabaja en estrecha colaboración con comunidades locales y extranjeras mediante la promoción de la investigación colaborativa entre la industria y la academia.

Acerca del profesor asociadoEijiro Miyakodel Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón, Japón

El Dr. Eijiro Miyako es profesor asociado en el Área de Investigación de Fronteras de la Química de Materiales del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Japón (JAIST). Ha sido científico visitante en el Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) (Francia) y en la Universidad Tecnológica de Nanyang (Singapur). También se desempeñó como investigador principal en el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada (AIST), Japón. Sus intereses de investigación se encuentran en las áreas de Bioingeniería, Química de Materiales, Nanotecnología y Nanomedicina. El Dr. Miyako recibió su doctorado en Ingeniería y Sistemas Químicos de la Universidad de Kyushu (Japón) en 2006. También es miembro del consejo editorial de iScience (Cell Press) y tiene numerosas publicaciones en revistas de renombre con una impresionante puntuación de citas. El Dr. Miyako ha recibido premios y reconocimientos de investigación como el Premio PCCP de la Royal Society of Chemistry y el Premio al Fomento de la Investigación de la Sociedad de Investigación de Fullerenos, Nanotubos y Grafeno.

Información de financiación

Este trabajo fue financiado por la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia (JSPS), Beca KAKENHI para Investigación Científica (A) (Número de subvención 23H00551), Subvención JSPS KAKENHI para Investigación Desafiante (Pionera) (Número de subvención 22K18440), la Agencia Japonesa de Ciencia y Tecnología para el Programa de Transferencia de Tecnología Adaptable y Sin Interrupciones a través de I+D impulsada por objetivos (Número de subvención JPMJTR22U1), el Instituto de Fermentación de Osaka (IFO) y la Fundación Uehara Memorial.

Materiales funcionales avanzados

10.1002/adfm.202305886

Inmunoestimulantes de metales líquidos activables por luz para nanotheranostics del cáncer

28-jul-2023

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