Hacer llegar un medicamento contra el cáncer a un tumor es sólo la mitad del problema. A las pocas horas de su llegada, muchas terapias comienzan a difuminarse, diluidas por el flujo sanguíneo, expulsadas por bombas incrustadas en las membranas de las células cancerosas o simplemente difundiéndose en el tejido sano circundante antes de que hayan tenido la oportunidad de actuar. En otras palabras, el tumor no los retiene. Y esa falta de retención, más que cualquier otra cosa en el desarrollo de fármacos, podría explicar por qué los tratamientos que parecen prometedores en el laboratorio a menudo decepcionan en la clínica. Un equipo de la Universidad de California en San Francisco ha pasado años intentando solucionar este problema, y sus últimos resultados sugieren una solución bastante elegante: un gancho molecular que se incrusta físicamente en la membrana de la célula cancerosa y se niega a soltarse.
El sistema, descrito en un artículo publicado esta semana en ACS Central Science, funciona explotando una de las peculiaridades bioquímicas del tumor para anclar los fármacos en su lugar en lugar de liberarlos para que se desplacen.
En el centro del enfoque se encuentra una clase de péptidos diseñados que los investigadores llaman péptidos de interacción restringida o RIP. Cada uno tiene aproximadamente 30 aminoácidos de largo y está construido en tres secciones, casi como una navaja suiza cerrada de golpe. La primera sección, derivada de un péptido antimicrobiano llamado Temporin L, es el objetivo comercial: puede plegarse en una estructura en forma de sacacorchos y penetrar en las membranas celulares. La segunda sección es un dominio de enmascaramiento que mantiene la primera sección plegada e inerte, evitando que su carga eléctrica toque nada. Entre ellos se encuentra la clave: una secuencia corta diseñada específicamente para ser cortada por una enzima proteasa que el tumor produce en abundancia. Deje el péptido entero y el dominio de enmascaramiento hará su trabajo, manteniendo todo el conjunto inactivo. Sujételo en el lugar correcto y el extremo que agarra la membrana quedará libre.
La proteasa en cuestión es la proteína de activación de fibroblastos o FAP. Es una serina proteasa expresada en niveles elevados por los fibroblastos asociados al cáncer, las células de soporte tejidas a través del estroma de los tumores sólidos, presentes en casi todos los tipos de cáncer. La FAP ha atraído durante mucho tiempo el interés como objetivo terapéutico, en parte porque se expresa de manera tan consistente en todos los tipos de tumores y en gran medida está ausente en el tejido adulto normal. Los primeros intentos de bloquearla farmacológicamente tuvieron problemas (la redundancia de proteasa significa que bloquear una enzima rara vez logra mucho), pero la nueva estrategia hace lo contrario: en lugar de detener la FAP, la utiliza como desencadenante.
Diseñado para pegarse
Para construir la versión activada por FAP, a la que llaman FRIP, el equipo primero necesitaba saber exactamente qué secuencias de aminoácidos prefiere cortar FAP. Examinaron 228 péptidos simultáneamente utilizando una técnica llamada perfilado de sustrato múltiple mediante espectrometría de masas, esencialmente ejecutando cientos de reacciones de escisión en paralelo y rastreando los resultados por masa. La ganadora fue una secuencia que leía HIGP-TAAY, que FAP escindió a un ritmo aproximadamente comparable y, en algunos aspectos, más rápido que el colágeno, el sustrato natural de FAP en el tejido.
Lo que sucedió después, cuando FRIP encontró una célula cancerosa viva, fue visible en tiempo real bajo un microscopio confocal. FRIP marcado con fluorescencia agregado a células de glioblastoma U-251 (una línea elegida por su alta expresión de FAP) produjo un anillo nítido de fluorescencia a lo largo de la membrana celular en aproximadamente 10 minutos. A los 20 minutos, la señal se había movido hacia adentro: el péptido, y todo lo que llevaba, había sido tragado entero. Primero bloquee la FAP con un inhibidor y el anillo nunca se formará. Utilice una línea celular con baja expresión de FAP y el efecto será lento. El mecanismo es lo más limpio que pueden llegar a ser estas cosas.
Para la prueba de administración del fármaco, el equipo adjuntó MMAE (monometil auristatina E), un potente agente de destrucción celular ampliamente utilizado en conjugados anticuerpo-fármaco. La combinación resultó tóxica para las células de glioblastoma en concentraciones aproximadamente 30 veces menores que las necesarias para el fármaco no administrado, lo que sugiere que el paso de fijación de la membrana estaba transportando mucha más carga útil a las células de la que la difusión pasiva por sí sola podía manejar. Michael Evans, uno de los autores correspondientes del estudio, ha argumentado que retener fármacos dentro de los tumores es quizás la dimensión que más se pasa por alto en la farmacología del cáncer. Los datos más bien lo respaldan.
Burlar al abanderado de la clínica
En ratones con tumores cancerosos de cabeza y cuello, FRIP cargado con MMAE redujo los tumores de manera más efectiva que el fármaco solo, y sin la pérdida de peso corporal que obligó al grupo de fármaco libre a retirarse del estudio el día 8. Ese último detalle importa: el MMAE es genuinamente tóxico en las dosis necesarias para alcanzar un efecto terapéutico sistémicamente. Atarlo a un vehículo de administración específico del tumor parece reducir sustancialmente el daño colateral, permitiendo que el fármaco se concentre donde es necesario sin que el resto del cuerpo soporte las consecuencias.
Luego, el equipo cambió la carga útil de quimioterapia por cobre radiactivo, primero para imágenes (cobre-64, un emisor de positrones) y luego para terapia (cobre-67, un emisor beta). Aquí la comparación se vuelve particularmente aguda. Los investigadores compararon su FRIP con FAPI-46, un radioligando FAP activo dirigido al sitio actualmente en ensayos clínicos y una especie de estándar de oro en este campo. Ambos compuestos se eliminaron de la sangre casi al mismo ritmo. Pero 24 horas después de la inyección, FRIP se había acumulado en los tumores en aproximadamente cinco veces la concentración de FAPI-46. La razón subyacente es casi contradictoriamente simple: FAPI-46 se une a FAP de forma estequiométrica uno por uno, mientras que FRIP explota la naturaleza catalítica de la enzima. Una sola molécula de FAP puede recortar muchos péptidos FRIP en secuencia, cada uno de los cuales se ancla a la membrana más cercana, acumulándose como percebes. La competencia, por el contrario, sólo puede llegar tan lejos como haya sitios activos que ocupar.
Una dosis de cobre-67 terapéutico cargada en FRIP retrasó significativamente el crecimiento del glioblastoma en comparación con el vehículo y superó a una dosis equivalente del radioligando en etapa clínica. Los autores son cuidadosos, como deberían ser, al señalar que las diferentes químicas y farmacocinéticas de quelación dificultan una comparación completamente rigurosa. Pero la señal es difícil de ignorar.
Evans dice que la tecnología debería maximizar la administración de fármacos al tejido tumoral sin afectar los tejidos normales, y que la misma molécula utilizada para obtener imágenes de un tumor podría eventualmente tratarlo. Se espera que los primeros estudios de imágenes en humanos comiencen a finales de este año, con una empresa derivada de la UCSF llamada Therapaint que desarrollará la plataforma comercialmente. La versión que ya se encuentra en ensayos clínicos, GRIP B, se dirige a una enzima diferente (granzima B, liberada por las células inmunes en el microambiente del tumor) y se está utilizando para monitorear las respuestas a la inmunoterapia. FRIP es la versión dirigida a oncología de lo que es, en principio, un sistema infinitamente adaptable: cambie la secuencia de escisión, cambie la carga útil y, en teoría, tendrá un nuevo agente dirigido a cualquier enfermedad en la que una proteasa se caliente.
Queda por ver si esa modularidad se mantiene en los cuerpos humanos, donde las enzimas se alejan más de sus tumores y la variación individual en la expresión de FAP puede complicar el panorama. Pero la lógica del enfoque, dejar que la propia enfermedad arme el arma, es una de esas ideas que parecen obvias en retrospectiva. Se necesitó bastante bioquímica para que funcionara.
https://doi.org/10.1021/acscentsci.6c00185
Preguntas frecuentes
¿Por qué los medicamentos contra el cáncer a menudo dejan de funcionar después de unos días, incluso cuando llegan al tumor?
Una vez que un fármaco llega a un tumor, todavía tiene que permanecer allí el tiempo suficiente para funcionar, y eso es más difícil de lo que parece. Las células cancerosas expresan bombas moleculares que expulsan activamente moléculas pequeñas y el flujo sanguíneo diluye los fármacos que se difunden libremente a través del tejido. La mayoría de los sistemas de administración de medicamentos específicos se centran en hacer llegar el medicamento al lugar correcto, pero no abordan lo que sucede después de su llegada. El enfoque FRIP intenta resolver ambos problemas simultáneamente, utilizando la propia actividad enzimática del tumor para bloquear el fármaco en su lugar en el momento en que llega.
¿Qué hace que la proteína de activación de fibroblastos sea un buen desencadenante de este sistema?
La FAP es producida en niveles elevados por los fibroblastos asociados al cáncer, un tipo de célula de soporte que se encuentra en el tejido circundante de prácticamente todos los tumores sólidos. Está en gran medida ausente en el tejido adulto normal, lo que lo convierte en una señal relativamente clara para distinguir el tumor del tejido sano. A diferencia de apuntar a una proteína expresada directamente en las células cancerosas, que puede variar considerablemente entre pacientes y tipos de tumores, la expresión de FAP en el microambiente del tumor es notablemente consistente, lo que la convierte en un desencadenante más confiable en diferentes tipos de cáncer.
¿En qué se diferencia FRIP de los conjugados anticuerpo-fármaco existentes?
Los conjugados anticuerpo-fármaco también añaden cargas citotóxicas a los agentes dirigidos, pero el anticuerpo circula durante mucho tiempo y puede provocar reacciones inmunitarias. FRIP es un péptido mucho más pequeño, que cambia considerablemente su farmacología, y utiliza un mecanismo de dos pasos: el péptido se activa en el sitio del tumor y luego se incrusta físicamente en las membranas celulares en lugar de depender únicamente de la unión al receptor. El paso de fijación de la membrana es la adición clave, ya que crea una especie de depósito local que mantiene alta la concentración del fármaco en el sitio de acción en lugar de permitir que se difunda.
¿Podría funcionar la misma plataforma para los cánceres que no expresan FAP?
En principio sí. La secuencia de escisión que se encuentra entre los dominios de unión a la membrana y de enmascaramiento es modular y puede intercambiarse por secuencias reconocidas por otras proteasas. Los investigadores ya lo han demostrado con la granzima B, una enzima liberada por las células inmunitarias, que han utilizado para obtener imágenes de las respuestas inmunitarias a la inmunoterapia contra el cáncer. Cualquier estado patológico que presente una actividad elevada de una proteasa con un perfil de sustrato relativamente específico es potencialmente abordable, aunque cada nueva versión necesitaría su propio trabajo de optimización y validación antes de su uso clínico.
¿Cuál es la importancia de que FRIP supere cinco veces a un radioligando en etapa clínica en la captación tumoral?
La terapia con radioligandos funciona concentrando material radiactivo en los tumores, por lo que una mayor retención se traduce directamente en más radiación enviada a las células cancerosas y menos al tejido circundante. FAPI-46, el compuesto FRIP superado en la comparación directa, ha mostrado imágenes tumorales impresionantes pero respuestas clínicas modestas en los ensayos de terapia, y se sospecha ampliamente que la retención tumoral limitada es una razón. Si el mecanismo de FRIP realmente logra una acumulación duradera a cinco veces la concentración, esa brecha podría ser la diferencia entre un fármaco que frena brevemente el crecimiento del tumor y uno que produce respuestas significativas y duraderas.
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