New system that delivers cancer drugs into cells with high precision/Nuevo sistema que dirige fármacos contra el cáncer al interior celular con alta precisión

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A group of scientists at Duke University has developed a new system that delivers cancer drugs with high precision into cells. Called SonoPIN (Sonoporation-assisted Precise Intracellular Nanodelivery), it uses microbubbles and ultrasound to create temporary openings in cancer cells, allowing large drugs to be delivered with unprecedented accuracy. The microbubbles used are similar to those used to enhance contrast in ultrasound scans, but modified.

Un grupo de científicos de la Universidad de Duke han desarrollado un nuevo sistema que dirige fármacos contra el cáncer al interior celular con alta precisión. Se llama se llama SonoPIN (del inglés Sonoporation-assisted Precise Intracellular Nanodelivery). y es un sistema que utiliza microburbujas y ultrasonidos para abrir puertas temporales en las células cancerosas y así introducir fármacos de gran tamaño con una precisión sin precedentes. Se utilizan microburbujas, similares a las que se usan para mejorar el contraste en ecografías, pero modificadas.

These bubbles are coated with nucleic acid strands designed to specifically bind to biochemical receptors found only on the surface of cancer cells, without affecting healthy cells. These microbubbles are injected along with the drug. When ultrasound is applied to the tumor area, the bubbles vibrate and violently collapse. The collapse of the bubbles generates microjets and shock waves that create temporary, nanoscopic pores in the cancer cell membrane.

Estas burbujas se recubren con hebras de ácido nucleico diseñadas para adherirse específicamente a receptores bioquímicos que solo se encuentran en la superficie de las células cancerosas, sin afectar a las sanas. Estas microburbujas se inyectan junto con el fármaco. Al aplicar ultrasonidos en la zona del tumor, las burbujas vibran y colapsan violentamente. El colapso de las burbujas genera microchorros y ondas de choque que crean poros nanoscópicos y temporales en la membrana de la célula cancerosa.

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It is a physical, not biological, process, and the cell membranes repair themselves in a matter of minutes, limiting damage to healthy cells. Through these pores, drugs can enter the cell directly. The system is designed for a class of drugs called PROTACs (Proteolysis-Targeting Chimeras). These drugs are very promising because, instead of blocking a protein, they mark it so that the cell itself destroys it with its internal recycling system, thus eliminating the harmful protein completely.

Es un proceso físico, no biológico, y las membranas celulares se reparan por sí mismas en cuestión de minutos, limitando el daño a las células sanas . A través de estos poros, los fármacos pueden entrar directamente al interior de la célula. El sistema está diseñado para una clase de fármacos llamados PROTACs (del inglés Proteolysis-Targeting Chimeras). Estos fármacos son muy prometedores porque, en lugar de bloquear una proteína, la marcan para que la propia célula la destruya con su sistema de reciclaje interno, eliminando así la proteína dañina por completo.

However, their large size (too large to pass through the cell membrane on their own) is their main limitation, and this is precisely the problem that SonoPIN solves. In benchtop laboratory experiments, the results have been very promising; the treatment caused 50% of the target cancer cells to self-destruct. It was also observed that 99% of the healthy, non-target cells remained intact, demonstrating an exceptional safety margin. Cancer cells absorb seven times more drug with this technology compared to traditional PROTAC delivery methods.

Sin embargo, su gran tamaño (demasiado grande para atravesar la membrana celular por sí solos) es su principal limitación, y es exactamente el problema que SonoPIN resuelve. En experimentos de laboratorio (benchtop), los resultados han sido muy prometedores, el tratamiento logró que el 50% de las células cancerosas destinatarias se autodestruyeran. También se observó que el 99% de las células sanas no destinatarias permanecieron intactas, lo que demuestra un margen de seguridad excepcional. Las células cancerosas absorben 7 veces más fármaco con esta tecnología en comparación con los métodos tradicionales de administración de PROTACs.

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The potential impact of this technology is significant for several reasons. It allows highly potent drugs, previously unusable due to their large size, to reach their target. This opens the door to more effective therapies against cancer and other diseases. Because it is so precise, the drug acts almost exclusively on the tumor, which could drastically reduce the toxic systemic side effects caused by traditional chemotherapies. As a mechanical delivery method, researchers believe it could be adapted to administer not only PROTACs but also other types of complex therapies, such as gene-editing complexes (e.g., CRISPR).

El impacto potencial de esta tecnología es significativo por varias razones, permite que fármacos muy potentes, pero que antes no podían usarse por su gran tamaño, lleguen a su objetivo. Esto abre la puerta a terapias más efectivas contra el cáncer y otras enfermedades. Al ser tan preciso, el fármaco actúa casi exclusivamente sobre el tumor, lo que podría reducir drásticamente los efectos secundarios tóxicos sistémicos que causan las quimioterapias tradicionales. Al ser un método de entrega mecánico, los investigadores creen que podría adaptarse para administrar no solo PROTACs, sino también otros tipos de terapias complejas, como complejos de edición genética (ej. CRISPR).

But it's also important to remember that this technology is still in an experimental (in vitro) phase. The Duke team's next steps are to move the study to animal models (mice) to test its efficacy and safety in vivo. If these trials are successful, they could move on to clinical trials in humans in the future. The team of scientists has applied for a patent to protect their discovery. Although these types of developments usually take quite some time to reach the market, there's no doubt that this is a spectacular advance for oncology.

Pero también es importante recordar que esta tecnología se encuentra en una fase experimental (in vitro). Los siguientes pasos del equipo de Duke son trasladar el estudio a modelos animales (ratones) para probar su eficacia y seguridad in vivo. Si estos ensayos tienen éxito, se podría avanzar hacia ensayos clínicos en humanos en el futuro. Es equipo de científicos han solicitado una patente para proteger su descubrimiento. Aunque normalmente este tipo de desarrollos suelen tardar bastante en llegar al mercado, no cabe duda de que es un avance espectacular para la oncología.

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https://medicalxpress.com/news/2024-02-chemotherapy-method-patient-cells-trojan.html

https://www.consalud.es/saludigital/innovacion-tecnologica/desarrollan-un-sistema-que-dirige-farmacos-contra-el-cancer-al-interior-celular-con-alta-precision.html