Un reciente estudio del Departamento de Bioingeniería del Instituto Indio de Ciencia (IISc) ha revelado un enfoque innovador para mejorar la eficacia del tratamiento del cáncer mediante ultrasonido. Este avance se centra en la manipulación del espacio entre los dominios de unión en la matriz extracelular (ECM) que rodea a las células cancerosas, lo que podría revolucionar la forma en que se abordan ciertas neoplasias.
La importancia de la matriz extracelular
La ECM desempeña un papel crucial en la proliferación y diseminación de las células. En tejidos normales, el espacio entre los dominios de unión se sitúa entre 50 y 70 nanómetros (nm). Sin embargo, en el microambiente tumoral, este espacio se ve reducido a menos de 50 nm debido a la secreción excesiva de ECM, lo que limita la interacción de las células cancerosas con esta estructura. «Al aumentar el espacio de unión a aproximadamente 50-70 nm, logramos incrementar la muerte celular en el contexto del ultrasonido», explica Ajay Tijore, profesor asistente en el IISc y autor principal del estudio publicado en la revista Nano Letters.
El uso de ondas ultrasónicas de baja frecuencia (39 kHz) permite interrumpir la membrana celular y desencadenar la muerte en células cancerosas, siendo esta una técnica no invasiva y de bajo costo. A diferencia de las células normales, las cancerosas carecen de mecanismos de reparación que les permitan soportar las fuerzas mecánicas que ejercen las ondas ultrasónicas.
La investigación se centró en comprender cómo el espaciado de la unión integrina-ECM influye en la efectividad del tratamiento. Para ello, los investigadores construyeron una serie de nanodots de oro separados por diferentes distancias (35, 50 y 70 nm) y permitieron que células cancerosas altamente invasivas se adhirieran a ellos antes de aplicar ondas ultrasónicas pulsadas.
Al aplicar ultrasonido a las células cancerosas cultivadas en plataformas de 50 nm y 70 nm, se observó que las membranas celulares se estiraban debido a las fuerzas ejercidas por una proteína filamento llamada miosina. Esto provocaba una mayor entrada de calcio extracelular al citoplasma, dañando las mitocondrias y promoviendo así la muerte celular. En contraste, una reducción en el espaciado a 35 nm impedía que las células se unieran de manera efectiva a los nanodots, limitando la generación de fuerzas de miosina necesarias para desencadenar la muerte celular.
Tijore subraya la importancia de esta interacción: «Así como tocamos una superficie para sentir su textura, las células cancerosas necesitan ‘pellizcar’ la ECM aplicando fuerzas de miosina para percibir su arquitectura». A partir de estos experimentos, los investigadores identificaron un fármaco llamado cilengitide, que actúa bloqueando la unión integrina-ECM, como un candidato interesante. Aunque este fármaco pasó por ensayos clínicos de fase III, no logró los resultados esperados.
Sin embargo, el equipo decidió investigar qué ocurriría si se administrara una dosis muy baja de cilengitide, aproximadamente 1,000 veces inferior a la utilizada en los ensayos. «Con una dosis tan baja, no hay suficientes moléculas de fármaco para unirse a todos los receptores de integrina, por lo que la célula cancerosa comienza a interpretar que el espaciado de 35 nm ha aumentado», aclara Tijore. Esto induce a las células a desarrollar fuerzas de miosina, aumentando la entrada de calcio y, en consecuencia, provocando su muerte.
Actualmente, el equipo trabaja en la aplicación de este enfoque combinado en muestras de tejido de cáncer oral, un problema significativo en la subregión india, donde la deposición de ECM puede llevar a una inflamación extrema y un microambiente tumoral severamente comprometido.
Más información:
S Manasa Veena et al, Nanoscale Ligand Spacing Regulates Mechanical Force-Induced Cancer Cell Killing, Nano Letters (2025). DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c05858
Proporcionado por el Instituto Indio de Ciencia
