E. Martínez, "Aplicaciones de las nanotecnologías al cáncer"

U
Nanomedicinas y medicionas innovadoras
UIMP, 14-18 agosto 2006
B
Parc Científic
de Barcelona
Aplicaciones de las
Nanotecnologías al cáncer
Elena Martínez
Parc Científic de Barcelona
© Parc Científic de Barcelona
Contenidos
Por qué nanotecnologías y cáncer?
Nanotecnologías y diagnóstico de cáncer
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– Diagnóstico in vitro
– Diagnóstico in vivo
Nanotecnologías y terapia del cáncer
Perspectivas de futuro
Consideraciones de seguridad en las
aplicaciones
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Introducción
Según la AECC (2002): 1 de cada 3 hombres y
1 de cada 5 mujeres mueren por cáncer1
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El cáncer es una enfermedad compleja, que
envuelve multitud de procesos moleculares y
celulares, causando acumulación de cambios
genéticos en determinadas células
En la actualidad, la mejora de la mortalidad se
obtiene mediante un diagnóstico precoz del
tumor inicial y las metástasis
1
Informe “El Cáncer en España”, 2002
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Nanotecnologías y cáncer
¿Qué aporta la nanotecnología?
Materiales, dispositivos y sistemas
fabricados a través de la manipulación de
materia de tamaño nanométrico (<100 nm)
Aplicados a la medicina
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NANOMEDICINA
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Nanotecnologías y cáncer
Propiedades de los nanodispositivos
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< 50 nm: penetran la
membrana celular y los
orgánulos
< 20 nm: atraviesan los vasos
sanguíneos y circulan por todo el
cuerpo
Interaccionan con las biomoléculas
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Nanomedicina y cáncer
Las células tumorales se caracterizan por:
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– División independiente y descoordinada con las células de su
entorno
– Escapan al sistema inmunitario
– Ausencia de apoptosis o muerte celular programada
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Cambios genéticos con
repercusiones moleculares sobre
las funciones celulares
(transducción de señales, ciclo
celular, diferenciación...)
Biomarcadores
Nanomedicina y diagnóstico de cáncer
Diagnóstico in vitro e in vivo de cáncer
– Dispositivos basados en el reconocimento
molecular de biomarcadores o en ADN
– Alta sensibilidad (pocas células cancerosas)
– Elevada especificidad
– Posibilidad de monitorización in vivo con
chips miniatura
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– Bajo coste
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– Sistemas poco invasivos (≠ biopsias):
basados en medidas de fluidos o en sistemas
de imagen
– También para realizar descubrimientos de
nuevos biomarcadores
Nanomedicina y terapia de cáncer
Terapia del cáncer
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Actualidad:
– Cirugía
– Quimioterapia: no específica y global
– Radioterapia: local pero no específica
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Nanomedicina
– Altamente específica (reconocimiento
molecular)
– Partículas liberadoras de fármacos a través
de la membrana celular y desde el interior de
la célula
– Terapia génica mediante nanoportadores
– Hipertermia dirigida
– Minimización de los efectos secundarios
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Nanomedicina y
diagnóstico de cáncer
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Diagnóstico de cáncer in vitro
Dispositivos en un chip (lab-on-chip) para el
diagnóstico de cáncer a partir de microbiopsias
– Detección de errores
en ADN
– Uso de muestras
muy pequeñas
– Puede usarse en
operaciones
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– Resultados en media
hora
– Descubrimiento de
biomarcadores
Alexander Laws, Drew Michael, Univ. Of Colorado, USA
Micro-Nano-Bio-Tech 2006
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Diagnóstico de cáncer in vitro
Dispositivos en un chip (lab-on-chip) para el
diagnóstico de cáncer a partir de microbiopsias
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Coulter
microcontador
Lisis celular
mediante
dielectroforesis
Alexander Laws, Drew Michael, Univ. Of Colorado, USA
Micro-Nano-Bio-Tech 2006
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Detección de
hibridación
mediante
transistores FET
Diagnóstico de cáncer in vitro
Sensores basados en micropalancas para
detección de biomarcadores en sangre. Ej: PSA
(cáncer de próstata)
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– Sensibilidad: niveles 20 veces inferiores a
los clínicamente relevantes
– No invasivo
– Extensivo a otros biomarcadores
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G. Wu,
A. Majumdar,
UC Berkeley,
USA
Diagnóstico de cáncer in vitro
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Sensores basados en reconocimiento molecular y
detección óptica
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Diagnóstico de cáncer in vitro
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Sensores basados en reconocimiento molecular y
detección magnética
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Bernhard Boser, (CITRIS) UC, Berkeley
Diagnóstico de cáncer in vivo
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Mejora del diagnóstico por imagen mediante el
uso de puntos cuánticos (Quantum dots)
© Parc Científic de Barcelona WCW
- Específicos (endocitosis sólo con el receptor adecuado)
- Muy sensibles (detección de pocas células cancerosas)
Chan, DJ Maxwell, X Gao, RE Bailey, M Han, S Nie, Current Opinion in Biotechnology 2002, 13:40–46
Diagnóstico de cáncer in vivo
Diagnóstico específico mediante puntos
cuánticos inyectados in vivo
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- Detección de células cancerosas
de próstata humana inyectadas a
un ratón desnudo in vivo:
X. Gao, Y. Cui, R M Levenson, LW K Chung, S Nie,
Nature biotechnology, 22 (8) (2004)
© Parc Científic de Barcelona
(c) Ratón sin células
cancerosas
(d) Ratón con células
cancerosas
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Nanomedicina y terapia
del cáncer
© Parc Científic de Barcelona
Terapia del cáncer
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La píldora mágica en forma de nanopartícula...
© Parc Científic de Barcelona
W. H. Moos, S. Barry, Drug Development Research 67:1–3 (2006)
Terapia del cáncer
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Nanocápsulas de liposomas para terapia génica
Esther H. Chang, Lombardi Comprehensive Cancer Center
Georgetown University Medical Center, Washington, DC
© Parc Científic de Barcelona
Terapia del cáncer
Las células sin p53 funcional
resisten la radiación ->
radioterapia no efectiva
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Fase I de ensayos clínicos en
1er trim. 2006
EstherdeH.
Chang,
© Parc Científic
Barcelona
Lombardi Comprehensive Cancer Center, Georgetown University Medical Center, Washington, DC
Terapia del cáncer
Tratamiento mediante hipertermia y partículas
magnéticas
Las nanopartículas pueden colocarse sobre la
membrana celular o en el interior de la célula
cancerosa
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G. Bao, Georgia Tech
© Parc Científic de Barcelona
Un campo magnético
alterno provoca un
calentamiento local de
las células (41-45ºC)
cancerosas, que
mueren
A. Jordan et al. / Journal of
Magnetism and Magnetic
Materials 201 (1999) 413}419
Terapia del cáncer
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Tratamiento mediante hipertermia y partículas
magnéticas
MagForce Nanotechnologies AG
Ensayos clínicos en la Universidad Humbolt (Berlin)
© Parc Científic de Barcelona
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Perspectivas de futuro
© Parc Científic de Barcelona
Lab-on-chips para
diagnóstico rápido
Seguimiento del
paciente in vivo para
control de metástasis
Vacunas
Terapia magnética
Terapia celular y
génica
Perspectivas de futuro
Diagnóstico
de ADN
Imagen y
tratamiento
?
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Diagnóstico de
Biomarcadores
© Parc Científic de Barcelona
Control
dispositivos
in vivo
Consideraciones éticas y de seguridad
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Aspectos éticos:
Derecho del paciente a saber o no
Privacidad
Consentimiento informado
Aspectos de seguridad:
Toxicidad nanopartículas y nanotubos?
Mayor inflamación
Acumulación en los intersticios pulmonares…
© Parc Científic de Barcelona
www.pcb.ub.es
http://www.nanobiolab.pcb.ub.es/
© Parc Científic de Barcelona
www.pcb.ub.es