Investigación de la selectividad anticancerosa de nuevos compuestos y estrategias contra el cáncer

Abstract

El cáncer es una enfermedad muy común y muy difícil de tratar. Las estadísticas actuales sobre el cáncer muestran que una de cada tres personas que viven en países desarrollados será diagnosticada con cáncer, y que la mayoría de ellas no superarán la enfermedad. Muchos pacientes de cáncer son diagnosticados cuando sus células tumorales ya se han diseminado a otros lugares a través de los vasos sanguíneos y linfáticos. En esta etapa de la enfermedad, llamada metástasis, las terapias localizadas como la cirugía y la radioterapia ya no son curativas, y la farmacoterapia se convierte en la principal forma de tratamiento. La farmacoterapia puede prolongar la vida de los pacientes y paliar algunos síntomas relacionados con la enfermedad. Sin embargo, por lo general no cura la enfermedad. La tasa de supervivencia de 5 años de pacientes con metástasis distante suele ser muy baja, por ejemplo, 5% en cáncer de pulmón, 30% en cáncer de próstata, 27% en cáncer de mama, 3% en cáncer de páncreas y 14% en cáncer colorrectal. Muchos pacientes con metástasis no superan la enfermedad a pesar de haber sobrevivido cinco años tras el diagnóstico. La limitada eficacia de los fármacos utilizados en pacientes con metástasis se debe a su baja selectividad hacia las células cancerosas. Debido a que la mayoría de los medicamentos contra el cáncer son tóxicos tanto para las células tumorales como para las células sanas, para evitar toxicidades inaceptables en los pacientes, es necesario reducir las dosis del medicamento a niveles que rara vez erradican las células cancerosas. Encontrar terapias con una mayor selectividad hacia las células cancerosas probablemente aumentaría las tasas de supervivencia de los pacientes con metástasis. Para evaluar nuevos fármacos y estrategias contra el cáncer, se han utilizado en esta Tesis dos pruebas orientadas al paciente (Two preclinical tests to evaluate anticancer activity and to help validate drug candidates for clinical trials; Oncoscience. 2015; 2(2): 91–98). El ensayo in vitro consiste en (1) exponer las células cancerosas y las células no malignas a los nuevos compuestos y a los fármacos estándar utilizados para tratar a los pacientes con el cáncer seleccionado, (2) estimar la viabilidad celular con una simple prueba de citotoxicidad (por ejemplo, el ensayo de resazurina o el ensayo de MTT), (3) calcular uno o varios parámetros de citotoxicidad (por ejemplo, la IC50,) para cada fármaco en cada tipo de célula, (4) calcular un índice de selectividad para cada fármacoo (por ejemplo, dividiendo el valor IC50 en las células no malignas entre el de las células cancerosas) y (5) comparar los índices de selectividad de los fármacos experimentales con los de los medicamentos estándar contra el cáncer. Si el fármaco o estrategia experimental al menos iguala la selectividad del tratamiento estándar, es considerado para pruebas in vivo. La prueba preclínica in vivo busca establecer las condiciones experimentales más adecuadas para detectar si el fármaco experimental es mejor que el tratamiento existente. Busca imitar el tipo de ensayo que todo medicamento contra el cáncer necesita pasar para ser aprobado para uso humano: los ensayos clínicos de fase III. Después de seleccionar un modelo animal que represente a los pacientes que se espera que reciban el nuevo tratamiento (modelo de metástasis), el tratamiento experimental y el tratamiento estándar se evalúan bajo condiciones equivalentes (por ejemplo, utilizando dosis equitóxicas). El tratamiento experimental tendrá potencial para pasar a las pruebas clínicas si produce tasas de supervivencia más altas que las de la terapia estándar. Debido a que el Reino Vegetal ha proporcionado una variedad de medicamentos útiles contra el cáncer, y teniendo en cuenta que la flora andaluza está prácticamente inexplorada desde el punto de vista farmacológico, iniciamos nuestra investigación experimental evaluando la actividad anticancerosa selectiva de extractos vegetales obtenidos de una variedad de especies. Se prepararon más de 120 extractos de plantas recogidas en diferentes zonas de Andalucía, entre ellas el Parque Natural de Grazalema, y se evaluó su actividad citotóxica en células sanas y cancerígenas derivadas de tejidos pulmonares y cutáneos. Los extractos que mostraron mayor selectividad anticancerosa también fueron evaluados en otras líneas celulares. Dos extractos obtenidos de Tetraclinis articulata y Daphne laureola mostraron una sorprendente selectividad hacia las líneas celulares cancerosas, superando la de los medicamentos estándar contra el cáncer. Estos extractos, por lo tanto, fueron probados in vivo en dos modelos animales de metástasis (carcinoma de células renales y carcinoma de colon) para evaluar la toxicidad y la actividad antitumoral. Sin embargo, ninguno de los extractos mostró ningún efecto anticanceroso relevante. También se evaluó la actividad anticancerosa in vitro e in vivo de un extracto comercial de Panax ginseng. Se considera que los extractos de esta planta modulan el sistema inmunológico y podrían ser útiles en cánceres inmunogénicos como el carcinoma de células renales. Se observó una marcada actividad antitumoral cuando los ratones con carcinoma renal metastásico fueron tratados continuamente con el extracto y el tratamiento se inició seis días después de la inoculación de las células cancerosas. Sin embargo, experimentos adicionales revelaron que este marcado efecto anticanceroso in vivo estaba ausente cuando el tratamiento se inició ocho días después de la inoculación y la carga tumoral era mayor. Se han evaluado series de nuevos compuestos químicos para determinar la actividad anticancerosa selectiva en varias líneas celulares de cáncer y normales. La mayoría de estos compuestos eran derivados de urea y tiourea. De los 126 compuestos evaluados durante esta Tesis, ninguno de ellos mostró una marcada selectividad hacia las líneas celulares cancerosas. Por lo tanto, ninguno de estos nuevos compuestos se evaluó en modelos animales. Dado que la nanotecnología puede utilizarse para administrar selectivamente medicamentos contra el cáncer a las células tumorales, hemos utilizado un modelo in vitro de cáncer de próstata para evaluar la citotoxicidad y selectividad del docetaxel, un fármaco contra el cáncer, cuando lo encapsulamos en una serie de micelas recubiertas con manosa y una cadena de polietilenglicol. Dos de las micelas mostraron mayor citotoxicidad en las células cancerosas que el fármaco libre. Además, las nanopartículas vacías no ejercieron toxicidad sobre las células. Estos datos indican que estas nanomicelas a base de poli-diacetileno revestido con manosa podrían ser terapéuticamente útiles, y deberían ser evaluadas en un modelo in vivo de cáncer de próstata. Hemos evaluado una estrategia no farmacológica para eliminar selectivamente las células cancerosas mediante la creación de medios artificiales o dietas artificiales en las que se manipulan los niveles de aminoácidos específicos. El objetivo de esta estrategia contra el cáncer es crear un marcado desequilibrio de aminoácidos, que obligará a las células a activar programas genéticos para obtener niveles adecuados de los 20 aminoácidos proteinogénicos. Las células normales pueden usar su genoma funcional para adaptarse y resistir este ambiente temporal. Sin embargo, las células cancerosas pueden ser incapaces de hacerlo. Su ADN extremadamente alterado puede comprometer su capacidad de activar los programas genéticos necesarios para sobrevivir en el nuevo entorno. De acuerdo con esta estrategia, los pacientes de cáncer podrían ser tratados con éxito con una dieta artificial libre de proteínas en la que se manipulan los niveles de aminoácidos específicos ("Selective amino acid restriction therapy (SAART): a non-pharmacological strategy against all types of cancer cells", Oncoscience, 2015, 2, 857-866). Durante esta Tesis, hemos llevado a cabo numerosos experimentos para evaluar esta estrategia anticancerosa in vitro e in vivo. Esta investigación está financiada por el proyecto "Dietas artificiales basadas en restricciones selectivas de aminoácidos para el tratamiento de cánceres metastásicos (3388/0836)" y los resultados no pueden ser aún presentados. Aunque el desarrollo de terapias selectivas contra el cáncer es crucial para reducir la mortalidad por cáncer, también hemos trabajado en una forma alternativa para limitar el número de muertes por cáncer: la prevención. Debido a que el modelo aceptado de carcinogénesis postula que el cáncer es causado por mutaciones, las campañas de prevención del cáncer prestan poca atención a los factores de riesgo no mutagénicos del cáncer. Sin embargo, datos recientes sugieren que la carcinogénesis es el resultado de la acumulación de divisiones celulares en las células madre, un proceso que puede ser impulsado tanto por factores mutagénicos como no mutagénicos. Debido a que la muerte celular es un factor desencadenante importante para la división de las células madre, cualquier factor citotóxico (mutágeno o no) puede aumentar el riesgo de desarrollar la enfermedad. Hemos llevado a cabo experimentos para demostrar que el consumo de alcohol y de bebidas muy calientes probablemente aumenta el riesgo de desarrollar cánceres de la cavidad bucal, faringe y/o esófago al matar o reducir la supevivencia de las células que recubren el epitelio de estos tejidos. El efecto citotóxico del etanol (10-20%) y las altas temperaturas (65ºC) sobre las células que recubren estos tejidos activaría la división de las células madre localizadas en capas más profundas de la mucosa para reemplazar las células muertas. Esto llevaría a una acumulación de divisiones de células madre que aumentaría su riesgo de transformación maligna. La comprensión de los mecanismos de carcinogenicidad del alcohol y de las bebidas muy calientes es importante para reforzar la evidencia epidemiológica y sensibilizar a la opinión pública sobre estos factores de riesgo no mutagénicos del cáncer. Además, la comprensión de este mecanismo abre vías alternativas para prevenir la enfermedad. Por ejemplo, aunque limitar la cantidad de alcohol puede reducir el riesgo de cáncer, evitar la ingestión de concentraciones citotóxicas de etanol también puede reducir el riesgo de cáncer asociado con el consumo de alcohol. Diluir las bebidas alcohólicas y enfriar las bebidas calientes puede ser una manera simple y efectiva de reducir el riesgo de desarrollar estos tipos comunes de cáncer.