Los investigadores usan un parche para la piel, luz infrarroja y melanina para combatir el melanoma

En experimentos de laboratorio dirigidos por Zhen Gu, los científicos de UNC y NC State pudieron activar la melanina natural para impulsar una respuesta inmune contra las células cancerosas de la piel en ratones.

Los investigadores han desarrollado una técnica de inmunoterapia contra el cáncer mejorada con melanina que también puede servir como vacuna, basada en experimentos iniciales realizados en un modelo de ratón. La técnica se aplica a través de un parche transdérmico.

“La melanina es un pigmento natural que puede transformar eficientemente la energía solar absorbida en calor”, dijo Zhen Gu, PhD, autor correspondiente de un artículo en  Science Immunology  y profesor asociado en el programa conjunto de ingeniería biomédica en UNC Chapel Hill y NC State. “Demostramos que la melanina, que se encuentra en altos niveles en el melanoma, en realidad puede usarse para ayudar a tratar el melanoma. Hacemos esto al iluminar con luz infrarroja cercana un parche cutáneo terapéutico, lo que promueve la respuesta inmunitaria sistémica que combate el cáncer”.

Yanqi Ye, autor principal, estudiante de doctorado en el programa conjunto de ingeniería biomédica, dijo: “Hay muchas células inmunitarias en la piel, y el concepto fundamental aquí es entrenar el sistema inmunitario del cuerpo para que responda de manera efectiva a la presencia de células de melanoma. lo que podría limitar la probabilidad de desarrollar tumores y ayudar al cuerpo a combatir los tumores que ya están establecidos”.

La nueva técnica comienza con un lisado, un puré tumoral formado por células de melanoma rotas. El lisado se usa para llenar una matriz de microagujas, incrustadas en un parche transdérmico polimérico. Por sí mismo, el lisado es inactivo e inofensivo. Pero cuando el parche se aplica a la piel, el órgano inmunitario más grande del cuerpo, el sistema inmunitario sabe que, sea cual sea el lisado, no debería estar allí. Esto desencadena una respuesta inmunitaria, que permite que el sistema inmunitario “recuerde” el lisado de melanoma, mejorando su tiempo de respuesta y eficiencia en caso de que vuelva a encontrar melanoma.

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Debido a que el melanoma contiene altos niveles del pigmento melanina, las microagujas llenas de lisado son de color bastante oscuro. Absorben la luz. Los investigadores aprovechan eso en su nueva técnica, iluminando con luz infrarroja cercana el parche transdérmico. Luego, la luz es absorbida en gran medida por la melanina en las microagujas, lo que eleva rápidamente la temperatura de la piel donde se aplica el parche.

El calor local provoca un ambiente febril en la piel y promueve la liberación de lisado de las microagujas, atrayendo y activando eficazmente las células inmunitarias. El aumento de la temperatura también contribuye al aumento local del flujo sanguíneo y linfático que facilita la migración de las células inmunitarias. Esta mayor respuesta inmunitaria amplifica la capacidad del cuerpo para recordar y responder al lisado, protegiendo mejor contra las incursiones de melanoma.

Para probar el potencial del parche como vacuna, los investigadores utilizaron tres grupos de ratones: un grupo recibió el parche y fue expuesto a la luz infrarroja; un grupo recibió el parche, pero no estuvo expuesto a la luz; y un grupo obtuvo un parche vacío. Los ratones tenían el parche puesto durante cinco días. Diez días después de aplicar el parche, se inyectó a los ratones células de melanoma activas.

En el plazo de un mes, todos los ratones que recibieron el parche vacío habían muerto de melanoma. El parche de lisado por sí solo, sin exposición a la luz infrarroja cercana, proporcionó poca protección: solo sobrevivió el 13 por ciento de los ratones. Mientras tanto, el 100 por ciento de los ratones que recibieron el parche de lisado y la luz infrarroja sobrevivieron después de dos meses y el 87 por ciento de ellos no tenían tumores.

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Para probar más a fondo las propiedades terapéuticas del parche, los investigadores realizaron un experimento similar. Excepto que esta vez, todos los ratones ya habían desarrollado dos tumores, uno a cada lado del cuerpo. El parche se colocó en el tumor en el lado izquierdo de sus cuerpos.

Los ratones que recibieron el parche de lisado y la luz infrarroja vieron disminuciones significativas en el volumen del tumor para  ambos  tumores, aunque el tumor de la izquierda (el que está directamente debajo del parche) se redujo más. El parche por sí solo, sin luz infrarroja, limitó el crecimiento del tumor, particularmente en el izquierdo, pero no lo erradicó.

“Esto demuestra que la tecnología podría tener potencial para atacar tanto la metástasis del cáncer como los tumores primarios”, dijo el coautor Gianpietro Dotti, MD, profesor de microbiología e inmunología en la Facultad de Medicina de la UNC y miembro del Centro Integral del Cáncer Lineberger de la UNC.

Luego, los investigadores realizaron experimentos similares utilizando lisado elaborado a partir de otros dos cánceres: cáncer de mama y una segunda forma de melanoma con melanina limitada. En ambos casos, los investigadores agregaron melanina al lisado para hacerlo más absorbente de luz. Los resultados fueron similares a los de la primera forma de melanoma: los parches utilizados junto con la luz infrarroja cercana obtuvieron los resultados más prometedores.

“Estos resultados son alentadores, pero estamos en las primeras etapas de desarrollo”, dijo Gu. “El siguiente paso sería un gran estudio en animales para evaluar más a fondo la seguridad y eficacia de la técnica. Y aunque es demasiado pronto para estimar el costo, creemos que el tratamiento podría ampliarse y sería asequible”.

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El artículo, “Un parche de inmunoterapia contra el cáncer mediado por melanina”, se publica en la revista  Science Immunology . Además de Gu y Ye, el artículo fue coautor de Chao Wang, Xudong Zhang, Quanyin Hu, Yuqi Zhang, Qi Liu, Di Wen y Joshua Milligan del Programa Conjunto de Ingeniería Biomédica; Adriano Bellotti, exalumno de la carrera de ingeniería biomédica y actual estudiante de MD/PhD en la Facultad de Medicina de la UNC; y Leaf Huang de la Escuela de Farmacia UNC Eshelman.

El trabajo se realizó con el apoyo de NC TraCS, los premios de ciencia traslacional y clínica de NIH en UNC-Chapel Hill, una beca de investigación Sloan de la Fundación Alfred P. Sloan; y una subvención piloto del UNC Lineberger Comprehensive Cancer Center. 

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