Trabajamos en el desarrollo de un nanocojugado capaz de bloquear el desarrollo de metástasis mediante la eliminación selectiva de las células madre metastáticas

Ramón Mangues
CIBER | viernes, 27 de enero de 2017

El grupo del CIBER-BBN en el Instituto de Investigación del Hospital de la Santa Creu i Sant Pau, que lidera Ramón Mangues, centra su trabajo en el desarrollo de nanoconjugados para la liberación de fármacos o toxinas de manera selectiva sobre las células tumorales responsables de la metástasis. Los cánceres colorrectales, de páncreas, de cabeza, de cuello, de endometrio, la leucemia mieloide aguda o el linfoma son algunas de las neoplasias para las que exploran nuevas aproximaciones terapéuticas.

-¿Cuáles son los principales objetivos de la investigación que se lleva a cabo en  su grupo?

-Actualmente, la principal línea de investigación de nuestro grupo es el desarrollo de nanocojugados fármaco-nanopartícula para la entrega dirigida de fármacos o toxinas (targeted drug delivery), de manera específica al subgrupo de células tumorales responsables de la iniciación y mantenimiento de las metástasis. Nuestra intención es desarrollar nanomedicinas con actividad antimetastática selectiva que puedan ser introducidas en clínica para el tratamiento de pacientes oncológicos a la vez que ser transferidas a la industria.

En relación con este objetivo, continuamos trabajando en una segunda línea, de larga trayectoria en el grupo, enfocada en el desarrollo de modelos animales de tumores sólidos y neoplasias hematológicas. Esta línea persigue aumentar la capacidad de diseminación metastática de los modelos generados, de manera que puedan ser útiles en el estudio de la biodistribución y de la actividad antimetastática de los nuevos nanoconjugados.

También hemos desarrollado, más recientemente, una tercera línea dirigida a identificar marcadores moleculares como factores predictivos de respuesta al tratamiento, que ahora queremos aplicar a la personalización de la terapia de los nuevos nanoconjugados para definir el subgrupo de pacientes con mayor probabilidad de respuesta al tratamiento.

-¿Para qué tipos de cáncer han conseguido desarrollar estos modelos animales que mencionaba?

-Hasta la fecha hemos puesto a punto modelos animales de tumores sólidos con elevada capacidad de diseminación metastática en carcinomas colorectales, pancreáticos, de endometrio y de cabeza y cuello. En relación con las neoplasias hematológicas, hemos desarrollado modelos diseminados de leucemia mieloide aguda y de linfoma difuso de célula B grande. Todos ellos replican las localizaciones de afectación metastática descrita en las correspondientes neoplasias en pacientes. 

-¿Qué investigaciones han puesto en marcha a partir del desarrollo de estos modelos y con qué resultados?

-El estudio de estos modelos nos ha permitido demostrar una asociación entre la expresión del receptor de quimioquinas CXCR4 y la diseminación metastática en cada uno de los modelos estudiados, de manera que aquellos tumores que tienen una elevada expresión de este receptor en la membrana celular tienen mayor capacidad de invasión y de diseminación, lo que confiere una menor supervivencia a los animales. Este hallazgo identifica a las células que sobre-expresan CXCR4 (CXCR4+) como células madre metastáticas, es decir, aquellas que tienen capacidad de iniciar y de mantener las metástasis en los distintos órganos.  

-Su grupo coordina el proyecto intramural Nanomets que busca mejorar la terapia en cáncer colorrectal metastásico…

-Nanomets tiene por objeto desarrollar un nanocojugado capaz de bloquear el desarrollo de metástasis mediante la eliminación selectiva de las células madre metastáticas. Hemos descrito previamente que las células tumorales que sobrexpresan CXCR4 (CXCR4+) son las responsables de la diseminación metastática en este modelo. Hemos conseguido también demostrar que el nanoconjugado que incorpora un fármaco genotóxico, producido por el grupo de Antonio Villaverde de la Universidad Autònoma de Barcelona, tras su administración intravenosa tiene capacidad de interaccionar selectivamente con las células tumorales CXCR4+ y de liberar el fármaco antitumoral que transporta al interior de estas células, consiguiendo su eliminación selectiva. Estamos actualmente evaluando si la administración de dosis repetidas de este nanoconjugado en estos modelos consigue actividad antimetastática selectiva y potente, para poder proteger su propiedad industrial, previamente a su publicación. Se espera que el desarrollo de este proyecto tenga un impacto clínico elevado, ya que no existen en el mercado fármacos que eliminen selectivamente las metástasis, al ser la diseminación metastática la responsable de la mayor parte de muertes en pacientes oncológicos.

-Además de Nanomets, ¿qué proyectos tienen en marcha dentro de esta línea de desarrollo de nanoconjugados para la liberación dirigida de fármacos en el tratamiento del cáncer y qué resultados han obtenido de sus trabajos hasta el momento en este campo?

-Hemos obtenido un Proyecto Integrado de Excelencia financiado por el Instituto de Salud Carlos III, un proyecto FIS también del ISCIII, un proyecto de la Fundació la Marató de TV3 y un proyecto de transferencia Industrial financiado por la Generalitat. Todos estos proyectos son coordinados y se están desarrollando conjuntamente con el grupo de Antonio Villaverde de la UAB y con varios Servicios Clínicos del Hospital de Sant Pau. La evaluación de la actividad antimetastática que se persigue en los modelos animales de cáncer colorrectal se está también ahora explorando en paralelo en los modelos leucemia mieloide aguda y de linfoma difuso de célula B grande, y esperamos expandirla en el futuro próximo a los carcinomas de endometrio y de cabeza y cuello. Los objetivos que persiguen incluyen, a parte de la demostración de la prueba de concepto preclínica que supone la demostración de actividad antimetastática, el estudio del mercado potencial y a la identificación de partners potenciales para su desarrollo preclínico regulatorio y para la entrada en ensayos clínicos, a la vez que el desarrollo de una forma farmacéutica para administración parenteral.

-¿Cuáles son los principales retos pendientes en el diseño de estos nanoconjugados dirigidos y qué están aportando ya al tratamiento del cáncer?

-Dada su elevada selectividad en la entrega dirigida de fármacos al subgrupo de células tumorales diana, se trata ahora de incorporar toxinas, que son mucho más potentes como antitumorales que los fármacos clásicos que hemos utilizado hasta ahora, que serían letales si se administrarán directamente en el modelo animal o en el paciente, y para las que determinaremos su índice terapéutico. Esto es, queremos explorar hasta qué punto se puede aumentar la potencia antimetastática y por tanto controlar las metástasis, sin incrementar de manera significativa la toxicidad sobre los órganos normales. Para ello, estamos desarrollando sistemas capaces de realizar un seguimiento cuantitativo de la biodistribución de los nanoconjugados en los distintos tejidos del animal a la vez que estudiar cuantitativamente el daño que generan en tejido tumoral y en órganos normales a lo largo del tiempo experimental, de manera que podamos diseñar la dosis y el intervalo de dosificación más eficaces y menos tóxicos.

-Uno de los proyectos que están desarrollando tiene que ver con el tratamiento del carcinoma de páncreas, ¿podrán desarrollarse por fin terapias eficaces para el tratamiento de este tipo tumoral?

-Efectivamente, acabamos de publicar un artículo, en colaboración con la compañía Pharma Mar, en el que demostramos que la eliminación de los macrófagos asociados a tumor, que son células del micro-entorno tumoral que promueven el crecimiento de las células tumorales a través de contactos célula-célula o de factores de crecimiento difusibles, potencian el efecto antitumoral del carcinoma de páncreas. Este efecto antitumoral sinérgico se produce mediante una interacción farmacológica. La eliminación de los macrófagos tumorales induce la infra-expresión en las células tumorales de la citidin-deaminasa (CDA), el enzima que metaboliza la gemcitabina, que es el fármaco más efectivo en el tratamiento del cáncer de páncreas. Como consecuencia de este efecto, se metaboliza menos la gemcitabina en las células tumorales, aumentando así su concentración intracelular y su actividad antitumoral.

-¿Por qué no ha mejorado la efectividad de las terapias para el cáncer de páncreas al mismo ritmo que los tratamientos para otro tipo de tumores?

El carcinoma de páncreas se detecta habitualmente en estadios avanzados y presenta además características diferenciales respecto a otros tipos de cáncer que dificultan el progreso en el desarrollo de fármacos eficaces. No obstante, no existe duda de que tenemos en nuestras manos la tecnología necesaria que nos está permitiendo ya identificar los mecanismos moleculares que determinan su escasa respuesta al tratamiento actual y acabaremos, por tanto, desarrollando fármacos más efectivos en un futuro próximo. El carcinoma de páncreas está caracterizado por células madre tumorales con elevada resistencia a los fármacos utilizados actualmente, que está agravada por una importante desmoplasia peritumoral que limita la llegada de los fármacos administrados a las células tumorales. En particular, se ha identificado la implicación de los macrófagos asociados a tumor en el mantenimiento de la resistencia a gemcitabina, ya sea a través de la inducción de la enzima CDA, como hemos comentado anteriormente, o a través de la secreción del factor IGF, cuya inhibición podría sensibilizar a las células tumorales al tratamiento con gemcitabina.

-También participan en el proyecto intramural e-LEUKEMIA…

-Esta es una colaboración con el grupo de Pau Gorostiza en el que se propone desarrollar fármacos efectivos para el tratamiento de la leucemia mieloide aguda, estudiando las diferencias en el transporte de electrones entre proteínas implicadas en la cadena respiratoria mitocondrial en células madre leucémicas (LSCs) en comparación con las células madre no tumorales para identificar nuevas dianas terapéuticas. Esta identificación permitirá el desarrollo de compuestos químicos capaces de bloquear esa transferencia electrónica para inducir la eliminación selectiva de las LSCs. Nuestro grupo participa en este proyecto estudiando la inducción de apoptosis y determinando el efecto antitumoral en líneas celulares de leucemia mieloide aguda en condiciones de hipoxia o de normoxia.

-¿Cuál es la contribución de su grupo en el proyecto NANOPROTHER?

-Este es un proyecto liderado por Antonio Villaverde. Su grupo ha desarrollado nanopartículas proteicas que incorporan secuencias de aminoácidos con actividad antitumoral en el polipéptido capaz de formar nanopartículas, que se estructura en forma de nanopartículas, secuencias con actividad antitumoral. Nuestro grupo participa en el proyecto estudiando la biodistribución de las nanopartículas en tejido tumoral y en tejidos normales y en la determinación del efecto antitumoral y posible toxicidad sobre tejidos normales de estas nanopartículas, utilizando modelos de carcinoma colorrectal, leucemia y linfoma.

-Me comentaba que una de sus líneas de investigación se centra en la identificación de marcadores moleculares como factores predictores de la respuesta al tratamiento oncológico, ¿cuáles están siendo las aportaciones de su grupo en este campo?

-Nuestras aportaciones se centran en el estudio del carcinoma de cabeza y cuello en colaboración con el Servicio de Otorrinolaringologia del Hospital de Sant Pau. Hemos llevado a cabo un análisis de la expresión génica mediante microarrays, PCR cuantitativa y de expresión proteica por inmunohistoquímica. Después hemos aplicado un análisis bioinformático que nos ha permitido identificar tres subtipos tumorales. El subtipo tumoral más agresivo expresa marcadores de transición epitelio-mesénquina. Entre los genes expresados en este subgrupo hemos identificado Serpina-E1, para el que hemos demostrado su capacidad pronóstica independiente respecto a los parámetros clínicos utilizados actualmente (p.e. afectación ganglionar, tamaño tumoral, sexo, edad) de la evolución clínica del paciente. Este marcador podrá ser utilizado, una vez validado, en la identificación de pacientes con mayor riesgo de diseminación metastática y de recaída, en muestras de tumor previas al tratamiento.

-Usted es el coordinador de Traslación Clínica del CIBER-BBN, ¿cómo se está abordando en el CIBER-BBN el trasvase de los resultados de la investigación a la práctica clínica?

-El Plan estratégico del CIBER-BBN fomenta el que todos los proyectos de investigación desarrollados por sus grupos estén clínicamente orientados, es decir, que traten de solucionar problemas clínicos concretos. Estamos potenciando este enfoque mediante al menos tres estrategias. Por una parte, se persigue la vinculación de especialistas clínicos a los grupos CIBER-BBN existentes. En la actualidad varios de los grupos han incorporado ya investigadores clínicos en su equipo. También se está haciendo un esfuerzo para identificar grupos clínicos de Centros Hospitalarios, que cuenten con Institutos de Investigación acreditados por el ISCIII, o con Sociedades Científicas del área biomédica para establecer colaboraciones como las ya alcanzadas en el área de Oncología (ECO Foundation) o Respiratorio (SEPAR), que tengan intereses de investigación comunes con los perseguidos en los proyectos CIBER-BBN. A su vez, se intenta potenciar las colaboraciones con grupos de otros CIBER, especialmente con aquellos que cuentan con un mayor número de grupos clínicos, de modo similar a las ya establecidas en las áreas de respiratorio (CIBERES) o enfermedades raras (CIBERER). En todos los casos se trata de  proponer el desarrollo de proyectos conjuntos enfocados en la búsqueda de sinergias entre grupos con conocimientos complementarios para la solución de problemas de salud en pacientes en los temas de interés común.

Consideramos que los grupos CIBER-BBN son potentes en la generación de nuevo conocimiento y en el desarrollo de tecnología en la vanguardia del conocimiento. Por otra parte, los grupos clínicos nos ofrecen su capacidad de dirigir los esfuerzos hacia la solución de problemas clínicos reales, a la vez que desarrollar la aplicación clínica de los productos desarrollados conjuntamente. Se trata de desarrollar productos propios cuya propiedad intelectual pueda ser protegida para ser licenciada o co-desarrollarla en colaboración con empresas biotecnológicas que potencien el desarrollo de la industria biomédica en nuestro país.

-¿Qué le ha aportado a su grupo la entrada en el CIBER-BBN?

-CIBER-BBN es altamente multidisciplinar. Incluye a investigadores con trayectoria en áreas tan diversas como la física, biología, química, farmacia, medicina, ingeniera, especialmente relevante en bioingeniería, biomateriales y nanomedicina. Ofrece, por tanto, un elevado abanico de posibilidades y oportunidades de colaboración en temas en la frontera del conocimiento a través de la identificación de grupos con capacidades complementarias e intereses de investigación comunes, que cuando están bien enfocados en la solución de un problema de salud concreto, acaban siendo necesariamente sinérgicos. Nuestro grupo ha conseguido establecer este tipo de sinergia con varios de los grupos CIBER-BBN con los que estamos desarrollando proyectos intramurales, lo que constituye una experiencia altamente excitante.

-El CIBER contará en breve con una nueva área temática centrada en la investigación oncológica, ¿qué nuevas posibilidades traerá esta incorporación?

-El área de oncología concentra el mayor número de proyectos de los grupos CIBER-BBN en comparación con otras áreas, por lo que debemos explorar colaboraciones con los grupos integrados en el CIBER-ONC, del que sabemos que está constituido mayoritariamente por grupos clínicos y por grupos básicos asociados a Hospitales. Estos grupos podrían facilitar el desarrollo clínico de los productos generados en el CIBER-BBN, ya sean nuevos fármacos o sistemas, en el área oncológica. Por supuesto, una aproximación similar de búsqueda de colaboraciones debe también explorarse entre grupos CIBER-BBN y grupos de las nuevas áreas del CIBER de Cardiovascular y de Fragilidad y Envejecimiento, o de otras áreas del CIBER previamente existentes que tengan intereses de investigación comunes.