Els investigadors del projecte europeu THERACAT, coordinat per l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC), fa quatre anys que treballen en el desenvolupament de noves estratègies per tractar el càncer de forma local. Mitjançant l’ús de nanopartícules capaces de transformar un profàrmac no actiu en un fàrmac actiu, han fet un pas més en el desenvolupament d’un tractament efectiu. Com que el fàrmac només funciona al lloc del tumor, els forts efectes secundaris indesitjables dels tractaments actuals es reduirien dràsticament, augmentant la qualitat de vida dels pacients. El projecte THERACAT va abordar aquest repte amb un enfocament multidisciplinari, combinant la síntesi de noves nanopartícules i catalitzadors, el desenvolupament d’eines de caracterització per microscòpia i la realització d’assajos in vitro i in vivo per avaluar-ne la catàlisi terapèutica.
El 2020 es van perdre prop de 10 milions de vides, és a dir, gairebé una de cada sis morts, a causa dels més de 100 tipus diferents de càncer descrits fins ara, segons l’Organització Mundial de la Salut. Aquestes malalties es caracteritzen per cèl·lules que presenten un creixement anormal i tenen el potencial d’estendre’s i de colonitzar altres parts del cos, a causa de factors com les mutacions genètiques, l’herència i els carcinògens ambientals.
Els tractaments disponibles per al càncer es basen principalment en quimioteràpia, radioteràpia i teràpies hormonals. No obstant això, aquests enfocaments no són específics i afecten els teixits i els òrgans sans. Causen forts efectes secundaris que són perjudicials per a la salut física i mental global dels pacients, per la qual cosa és urgent trobar nous enfocaments per tractar el càncer.
El projecte europeu THERACAT ha proposat solucions a aquest problema mitjançant el desenvolupament de noves estratègies per administrar específicament els fàrmacs només al lloc del tumor. El projecte és una Xarxa Europea de Formació Marie Skłodowska-Curie (MSCA-ITN-ETN) que va formar 13 joves en diferents aspectes del nou camp de la catàlisi bioortogonal per a la teràpia del càncer. Cal destacar aquí que, encara que la pandèmia de COVID-19 va impedir que es produïssin gairebé totes les estades previstes entre investigadors, els estudiants i els laboratoris van intercanviar material, informació i coneixements de manera molt intensa al llarg del projecte, mantenint viu l’esperit dels projectes de la Xarxa Europea de Formació. El projecte THERACAT va ser coordinat per Lorenzo Albertazzi, líder del grup de Nanoscòpia per a Nanomedicina de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC).
Aquesta nova generació de joves científics ha estat formada per abordar els reptes de la catàlisi bioortogonal per tractar el càncer des d’una perspectiva multidisciplinària i col·laborativa, un punt de partida prometedor per trobar nous tractaments més eficaços contra el càncer i amb menys efectes secundaris.
Què és la catàlisi bioortogonal?
La química bioortogonal fa referència a les reaccions que poden tenir lloc dins del nostre cos sense interferir amb les reaccions bioquímiques natives que es produeixen normalment. Es tracta d’un camp de recerca cada cop més ampli, la pionera del qual va ser Carolyn Bertozzi, guardonada amb el Premi Nobel de Química el 2022. i pot tenir aplicacions en salut, agricultura i indústria.
Aquestes reaccions inclouen dos passos principals: en primer lloc, es dipositen al lloc del tumor, micro i nanodispositius amb una unitat catalitzadora, i després s’administren al pacient fàrmacs no actius (coneguts com a profàrmacs). Aquests profàrmacs entren al torrent sanguini i, quan arriben al tumor, les unitats catalítiques dels micro i nanodispositius duen a terme una reacció, una reacció bioortogonal, i converteixen el profàrmac inactiu en un fàrmac actiu, que ara pot exercir la seva funció localment només al tumor. De manera metafòrica, podríem dir que el profàrmac és un pany i el catalitzador bioortogonal és la clau. Les catàlisis bioortogonals són, per tant, molt específiques, i cada profàrmac necessita una unitat catalítica concreta per ser activat.
Nanopartícules amb metalls com a catalitzadors
L’objectiu de THERACAT és utilitzar les reaccions bioortogonals per activar els fàrmacs només al lloc del tumor, evitant una acció sistèmica. Els joves investigadors del projecte van seguir diferents enfocaments per assolir aquest mateix propòsit: estudiar, desenvolupar i optimitzar les nanopartícules que porten una unitat catalitzadora, en aquest cas diferents metalls, per convertir eficaçment els profàrmacs en fàrmacs actius al lloc del tumor. En concret, els seus treballs es van centrar en quatre aspectes principals: i) síntesi i caracterització de materials catalítics bioortogonals; ii) disseny de nous profàrmacs anticancerosos i estratègies catalítiques per activar-los; iii) desenvolupament d’estratègies d’administració dels materials catalítics in vitro i in vivo; i iv) avaluació de les activitats in vitro i in vivo per a la teràpia del càncer.
Un dels diversos estudis va ser realitzat per Anjana Sathyan al laboratori de la professora Anja Palmans a la Universitat Tecnològica d’Eindhoven (Països Baixos), en col·laboració amb altres laboratoris del consorci THERACAT. Els resultats del treball s’han publicat recentment a la revista Molecular Systems Design & Engineering Journal de la Royal Society of Chemistry i posen de manifest la importància de combinar el catalitzador amb el profàrmac adequat per aconseguir una activació satisfactòria del fàrmac.
Les reaccions bioortogonals intervingudes per metalls de transició per sintetitzar fàrmacs in situ dirigits a les cèl·lules tumorals poden ajudar a desenvolupar teràpies contra el càncer sense efectes secundaris
Anjana Sathyan, primera autora del treball a dalt esmentat
Els investigadors van desenvolupar nanopartícules de mida petita (5-6 nm) formades per polímers que s’autopleguen de manera que originen un domini intern que repel·leix l’aigua, necessari per albergar la unitat catalítica. En aquest cas, van utilitzar nanopartícules amb el metall pal·ladi per activar els profàrmacs. La capacitat d’aquestes nanopartícules per alliberar eficaçment els fàrmacs actius es va provar en medis complexos que imiten els entorns cel·lulars. Per això, els investigadors van fer servir tres dels principals fàrmacs contra el càncer usats actualment i van assolir transformar-los d’inactius a actius.
A més dels resultats obtinguts amb el pal·ladi, els investigadors del projecte THERACAT han estudiat les nanopartícules amb altres metalls com a catalitzadors, com el ruteni, l’or i el coure, i el seu possible ús com a catalitzadors. De moment, han obert noves vies amb resultats molt encoratjadors, activant profàrmacs amb alta especificitat, mínima toxicitat i de forma controlada. En un futur pròxim, alguns dels laboratoris que participen en el projecte THERACAT continuaran publicant resultats interessants que ens aproparan a una nova generació de tractaments dirigits contra el càncer.
Created with BioRender.com.
Els resultats del projecte THERACAT i altres avenços al camp de la química bioortogonal obren noves vies per trobar tractaments locals contra el càncer que limitin els efectes secundaris dels tractaments clàssics i presentin una eficàcia prolongada del fàrmac.
Article de referència: Developing Pd(II) based amphiphilic polymeric nanoparticles for pro-drug activation in complex media. Anjana Sathyan, Stephen Croke, Ana M. Pérez-López, Bas de Waal, Asier Unciti-Broceta, Anja R.A Palmans. Mol. Syst. Des. Eng., 2022, Advance Article. DOI: 10.1039/d2me00173j.
