Propuesta de solución integral de prevención del cáncer mediante biomimética

Propuesta de solución integral de prevención del cáncer mediante biomimética

Abstracto

La transferencia celular adoptiva es un método que implementa los conceptos de la inmunoterapia para tratar determinados tipos de cáncer. Las CAR T-cells son un derivado de esta estrategia, en donde se retiran los linfocitos T del paciente para mejorarlos mediante un proceso que involucra su cultivo con otros patógenos atenuados in vitro. Los patógenos proveen a la sustancia de antígenos similares a los secretados por células cancerosas, permitiendo localizarlas dentro del organismo. Nuevamente, los linfocitos T modificados son introducidos en el paciente y el cáncer es incapaz de evitar la respuesta del sistema inmunitario. Para tipos de cáncer específicos tales como el linfoma y la leucemia, el tratamiento resulta relativamente exitoso. De manera que, el potencial de las CAR T- cells es inconmensurable y abre nuevas oportunidades para el estudio de otros tipos de cáncer. Al predisponer de los biomarcadores que presentan los tumores, encontrar el patógeno con una estructura similar será el siguiente paso para cultivar los millones de linfocitos T que combatirán esta enfermedad. El cáncer de pulmón continúa siendo el más mortífero de todos los cánceres, por lo que el artículo estará enfocado a estudiar este tipo.

Cada organismo está sujeto a una constante interacción con los componentes que conforman el bioma en el cual éste se encuentra. La interrelación entre un ser vivo y un agente patógeno se presenta de manera continua, por lo que el espécimen cuenta con diversos sistemas de órganos que le ayudan a combatir estas sustancias capaces de infringirle daño. La mayoría de los organismos se protegen de dichos patógenos mediante mecanismos generales haciendo uso de barreras físicas (como la piel, mucosa).⁽¹⁾ Asimismo, básicamente todo ser vivo con un aparato circulatorio, goza de un sistema de protección más complejo conocido como el sistema inmunitario. Dicho sistema es una red de células, tejidos y células encargadas de erradicar toda aquella sustancia que no es reconocida por el mismo organismo. El sistema inmunitario, adaptivo e innato, trabaja junto con otros sistemas (tegumentario, circulatorio, linfático, endócrino, entre otros) con el objetivo de mantener una homeostasis, dentro de los parámetros de cada espécimen. (Lozano,2012)

Tomando un enfoque más específico hacia nuestra situación problema, la presencia de células cancerosas en los pulmones se dividen en tres fases. Empecemos por la fase de eliminación, en donde el sistema inmunitario es capaz de aniquilar células cancerosas individuales en lo que se originan. Las células pertenecientes al sistema inmunitario mantienen la neoplasia bajo control.  Después, se llega a la fase de equilibrio, en donde la tasa de crecimiento tumoral asimila la reacción de respuesta de los leucocitos. La carga de trabajo de las células inmunitarias aumenta mientras el desarrollo del tumor sigue regulado. A medida que las células cancerosas sufren de cambios genéticos, se aproxima la última fase de este proceso, la fase de escape. En esta sección, las células tumorales dejan de ser detectadas por el sistema inmunitario y abre el paso a una proliferación descontrolada de éstas, originando otra serie de complicaciones como lo es la metástasis (Beer, 2019). Las causantes principales de la propagación de un cáncer residen en el funcionamiento incorrecto de dos biomoléculas. El primero es una cadena de citocinas denominadas TGF-B (Factor de crecimiento transformante-beta), que es la encargada de regular varias funciones celulares como la proliferación, la apoptosis, la angiogénesis, entre otras. Mutaciones en las vías de señalización del TGF-B conceden un crecimiento celular descontrolado, que a su vez, contribuye a generar un microambiente inmunosupresor tumoral, pasando por alto la respuesta que el sistema inmunitario debería de tener (Elliot, Blobe 2005). Otro factor involucra las moléculas CMH de clase 1 (Complejo mayor de histocompatibilidad), que por sí mismas se dividen en dos tipos. Las CMH-1 clásicas funcionan de manera que presentan ligandos de péptidos antigénicos de células infectadas a los linfocitos T, de tipo CD8+. En cambio, las CMH-1 no clásicas, activan estímulos en las células NK (Natural killers). Ambas comparten el propósito de eliminar células con algún tipo de mutación o infección. En la fase de escape, la falta de expresión de estas moléculas colaboran con el desarrollo de una neoplasia. (Halenius, Gerke, Hengel 2014)

Ya establecida la seriedad del problema, es necesario modelar un dispositivo biotecnológico que se encargue de reconocer la presencia de células cancerosas en un organismo y por ende, erradicarlas en su totalidad. Por su parte, los métodos convencionales utilizados para la terapia del cáncer siguen permaneciendo ineficaces y llevan consigo, un sinnúmero de efectos colaterales. Abordando los principios de la biomimética, a mi consideración, es vital basarnos en la información proporcionada por la naturaleza que ha sido recabada a lo largo de miles de años de procesos evolutivos y utilizarla por medio de nuestro mismo sistema complejo de defensas ante patógenos. Junto con los fundamentos de química y biología molecular, usaremos el razonamiento deductivo para formular una hipótesis y con ello realizar una serie de experimentos. Todo con el objetivo de llegar a una solución concreta a nuestro problema.

De acuerdo con la Fundación ASCO (American Society of Clinical Oncology) la inmunoterapia es un tipo de tratamiento que utiliza las propias sustancias producidas por el organismo del paciente con el fin de estimular, restaurar o mejorar su sistema inmunitario de manera que sea capaz de combatir el cáncer. La transferencia celular adoptiva es una estrategia de inmunoterapia de la cual se derivan aún más clases de transferencias, dependiendo de las células empleadas. Para el arquetipo propuesto utilizaremos los fundamentos de las CAR T-cells, que sustentan el desarrollo clínico más avanzado de todos los tipos de transferencias celulares adoptivas. Acreditando las investigaciones de numerosos artículos científicos, el potencial de implementar las CAR T-cells en el área oncológica es vasto. Las CAR T-cells son linfocitos T extraídos de la sangre del paciente que son modificados genéticamente para contener un receptor artificial (denominado receptor de antígeno quimérico) en su superficie. En el laboratorio, un virus atenuado es introducido en el linfocito T. Se utiliza el virus inactivo para insertar genes dentro del linfocito, lo que generará los receptores de antígeno quimérico previamente mencionados. Se estimula la proliferación de las nuevas células modificadas y son reinsertadas en el paciente mediante la vía intravenosa. Los receptores proteicos de los linfocitos T modificados serán capaces de enlazarse con los antígenos presentes en la superficie de las células cancerosas, habilitando una respuesta del sistema inmune causando la erradicación del patógeno.

Actualmente, esta terapia ya ha sido aprobada por la FDA (Food and Drug Administration) y ha sido empleada en pacientes que sufren de linfoma y leucemia. Indudablemente, el futuro de esta terapia es prometedora y abre áreas de oportunidad para lidiar con distintos tipos de cáncer. Para nuestra situación problema, se modelará una CAR T-cell capaz de enlazarse con células cancerosas en el pulmón.

Justificación

El cáncer de pulmón es la principal causa de muerte en las sociedades industrializadas. Asimismo, el ranking de mortalidad va incrementando a escalas desenfrenadas a través del resto del mundo (Goodman, 2000). Por lo que es necesario elaborar un producto enfocado a combatir este tipo de cáncer en específico.

Existen dos tipos de cáncer pulmonar, que son clasificados mediante el tipo de células que el cáncer llegue a presentar (NHS,2019).

·         Cáncer de pulmón de células no pequeñas: Es el tipo más común, se le atribuye a un 87% de los casos. Se dividen en 3 subdivisiones, adenocarcinoma, carcinoma de células escamosas y carcinoma de células grandes.

·         Cáncer de pulmón de células pequeñas: Es menos común y generalmente se disipa más rápido que el cáncer de células no pequeñas.

Nuestro modelo se enfocará en tratar con el cáncer pulmonar de células no pequeñas. A fin de que intentamos beneficiar el mayor número de personas posibles, siendo este tipo el más común.

Hipótesis

Las proteínas, también denominados antígenos, expresadas por los tumores presentes en el pulmón serán la clave para que las CAR T-cells pueda identificar el patógeno e iniciar una respuesta del sistema inmune. Estos antígenos son utilizados como biomarcadores que ayudan a diferenciar una célula tumoral de una sana. De igual modo, al agrupar el linfocito T del paciente con un virus atenuado modificado con antígenos similares a los presentados por las células tumorales, se obtendrá un producto con la habilidad de combatir eficazmente el cáncer pulmonar mediante la inmunoterapia.

Dibujo del modelo teórico del dispositivo

Análisis de información

A continuación, se presentan diversas investigaciones científicas que exponen los biomarcadores que contribuirán a diseñar un receptor de antígeno quimérico capaz de reaccionar con su contraparte, la célula cancerosa.

-          Mehan et al, llevaron a cabo un estudio en donde utilizaron una tecnología proteómica llamada SOMAscan, un programa basado en aptámeros capaz de medir alrededor de 1305 analitos de proteínas humanas, con el fin de descubrir nuevos biomarcadores de muestras de tejido y suero. Se realizó un análisis de expresión de proteínas a gran escala de muestras de tejido pulmonar de resecciones quirúrgicas de ocho pacientes que sufrían de cáncer pulmonar de células no pequeñas. Para identificar posibles biomarcadores de CPCNP, se buscaron analitos con niveles altos de cambio entre expresiones de proteínas de tejidos tumorales y tejidos no tumorales. En total, se encontraron 36 proteínas, las cuales fueron categorizadas mediante los procesos biológicos que estas llevaban a cabo.

Asimismo, en la plataforma de SOMAscan, se analizó la concentración de estas proteínas en un suero, para simular el movimiento que éstas tendrían dentro de los vasos sanguíneos del organismo y observar si el programa fuera capaz de identificar los mismos patrones que encontró para las pruebas en los tejidos. En este caso, 13 de los 36 biomarcadores fueron reportados en el suero (BCA-1, cadherin-1, catalasa, endostatina, IGFBP-2, MRC1, MMP-7, MAPK-13, NAGK, VEGF y YES)

-          Para proteínas más específicas, Ye et al, descubrieron que la tiorredoxina reductasa es altamente expresada en CPCNP in vitro al igual que in vivo. La TrxR está involucrada en las actividades del factor de transcripción, en regular el equilibrio redox y en el crecimiento tumoral de CPCNP.

-          En otro estudio comandado por la TLCR (Translational Lung Cancer Research), se analizaron las siguientes proteínas: fragmento de citoqueratina 19 (CYFRA 21-1), antígeno carcinoembrionario (ACE), antígeno de cáncer 125(CA125) y la proteína surfactante B (Pro-SFTPB). Se concluyo que CYFRA 21-1, un polipéptido que reconoce citoqueratina soluble, es el biomarcador más sensible para diferenciar cáncer pulmonar de condiciones no malignas. Además, niveles elevados de ACE en suero se han asociado con etapas avanzadas de CPCNP y metástasis cerebral. Asimismo, CA125, una glicoproteína producida en el tejido fetal, es expresada en altas concentraciones en pacientes con cáncer de pulmón. Por último, Pro-SFTPB, una proteína circulante sintetizada en células bronquiales y neumocitos tipo II, es sobreexpresada en células cancerosas pulmonares, particularmente en adenocarcinomas (Molina-Romero, Vergara, Arrieta 2018)

Al tener un conjunto de proteínas secretadas específicamente por células cancerosas pulmonares, es el momento de encontrar el virus capaz de generar estos antígenos dentro de los linfocitos T del paciente.

Bei et al, encabezaron un experimento en donde se tomó uno de los antígenos oncofetales más estudiados (antígeno carcinoembrionario) y se produjo un virus recombinante con dicha sustancia. El virus, rV-CEA, indujo actividad anti-tumoral en un modelo murino después de tres inoculaciones. Junto con esta estrategia y muchas más por venir, el potencial que desembarca esta terapia de transferencia celular activa incita a un futuro prometedor cuando se refiere al tratamiento del cáncer.   

Al inducir a un paciente a una terapia con CAR T-cells, se deben de contemplar los posibles efectos secundarios que este prototipo presenta. El problema más común es el síndrome de liberación de citoquinas, el cual consiste en una respuesta del sistema inmune a la multiplicación a gran escala de linfocitos T modificados. Este efecto secundario es de esperarse, ya que afecta alrededor de un 80% de los pacientes con linfoma o leucemia, que fueron tratados con este método (DeMarco, 2018). Los síntomas generados por el SLC son fiebre, nauseas cefalea, gripe y fatiga; que generalmente duran de 5 a 7 días. Existen otros síntomas más severos, pero se han presentado en casos más particulares, los cuales han sido tratados con fármacos tales como el tocilizumab (LLS,2015)

Conclusiones

La transferencia celular activa de linfocitos T con receptores de antígeno quimérico abren ampliamente el campo de investigación del tratamiento del cáncer. Es cuestión de experimentar con diversas proteínas y virus para llegar a un resultado que beneficie al paciente de la manera más efectiva posible, considerando los efectos colaterales que la molécula conlleve. Apoyándonos en los pilares de la inmunoterapia y la biomimética, modelar un prototipo apto para la erradicación de células cancerosas pulmonares cada vez está más cerca de la realidad.

Referencias:

·         ⁽¹⁾ An Introduction to the Immune System. (n.d.). Retrieved from https://www.aber.ac.uk/~dcswww/ISYS/immune_system.html.

·         F. Lozano Soto (2012). «Introducción al sistema inmunológico, sus principales elementos y la respuesta inmunitaria». Farreras; Rozman, eds. Medicina Interna (17 edición). Barcelona, España: Elsevier España. pp. 2453-2488. ISBN 9788480868969.

·         Syn, Nicholas; Wang, Lingzhi; Sethi, Gautam; Thiery, Jean-Paul; Goh, Boon-Cher (2016-07-01). "Exosome-Mediated Metastasis: From Epithelial-Mesenchymal Transition to Escape from Immunosurveillance". Trends in Pharmacological Sciences. 37 (7): 606–617. doi:10.1016/j.tips.2016.04.006. ISSN 1873-3735. PMID 27157716.

·         Halenius, A., Gerke, C., & Hengel, H. (2014). Classical and non-classical MHC I molecule manipulation by human cytomegalovirus: so many targets—but how many arrows in the quiver? Cellular & Molecular Immunology, 12(2), 139–153. doi:10.1038/cmi.2014.105

·         Garrido, Federico; Romero, Irene; Aptsiauri, Natalia; Garcia-Lora, Angel M. (2016-01-15). "Generation of MHC class I diversity in primary tumors and selection of the malignant phenotype". International Journal of Cancer. 138 (2): 271–280. doi:10.1002/ijc.29375. ISSN 1097-0215. PMID 25471439.

·         Elliott, R. L., & Blobe, G. C. (2005). Role of Transforming Growth Factor Beta in Human Cancer. Journal of Clinical Oncology, 23(9), 2078–2093. doi:10.1200/jco.2005.02.047 

·         Vijayan, V., Uthaman, S., & Park, I. K. (2018). Cell Membrane-Camouflaged Nanoparticles: A Promising Biomimetic Strategy for Cancer Theragnostics. Polymers, 10(9), 983.

·         Overview - Lung Cancer. (n.d.). Retrieved from https://www.nhs.uk/conditions/lung-cancer/.

·         Ye, S., Chen, X., Yao, Y., Li, Y., Sun, R., Zeng, H., … Yin, H. (2019). Thioredoxin Reductase as a Novel and Efficient Plasma Biomarker for the Detection of Non-Small Cell Lung Cancer: a Large-scale, Multicenter study. Scientific Reports, 9(1). doi:10.1038/s41598-018-38153-7 

·         Molina-Romero, C., Vergara, E., & Arrieta, O. (2018). A novel biomarker protein panel for lung cancer, a promising first step. Translational lung cancer research, 7(Suppl 4), S304–S307. doi:10.21037/tlcr.2018.12.09

·         Mehan, M. R., Ayers, D., Thirstrup, D., Xiong, W., Ostroff, R. M., Brody, E. N., … Wilcox, S. K. (2012). Protein signature of lung cancer tissues. PloS one, 7(4), e35157. doi:10.1371/journal.pone.0035157

·         Qué es la inmunoterapia. (2019, September 23). Retrieved from https://www.cancer.net/es/desplazarse-por-atención-del-cáncer/cómo-se-trata-el-cáncer/inmunoterapia/qué-es-la-inmunoterapia.

·         LaRussaA. (2015, September 10). Chimeric Antigen Receptor (CAR) T-Cell Therapy. Retrieved from https://www.lls.org/treatment/types-of-treatment/immunotherapy/chimeric-antigen-receptor-car-t-cell-therapy.

·         Bei, R., Kantor, J., Kashmiri, S. V., Abrams, S., & Schlom, J. (1994, November). Enhanced immune responses and anti-tumor activity by baculovirus recombinant carcinoembryonic antigen (CEA) in mice primed with the recombinant vaccinia CEA. Retrieved from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/7881636.

·         DeMarco, C. (2018, February 26). 9 things to know about CAR T-cell therapy. Retrieved from https://www.mdanderson.org/publications/cancerwise/car-t-cell-therapy--9-things-to-know.h00-159221778.html.

·         CAR T Cells: Engineering Immune Cells to Treat Cancer. (n.d.). Retrieved from https://www.cancer.gov/about-cancer/treatment/research/car-t-cells.

·         Goodman, G. E. (2000). Prevention of lung cancer. Critical Reviews in Oncology/Hematology, 33(3), 187–197. doi:10.1016/s1040-8428(99)00074-8 

Biomimetics and its relationship with lung cancer

Biomimetics and its relationship with lung cancer

Bioinspiration is the creative approach that studies nature through the observation of biological systems and leads to the development of innovative technologies. Biomimetics is a branch of bioinspiration. This branch is aimed at solving problems through the analysis of biological networks, whereby models are used and put into practice to achieve a solution (Fayemi et al. 2017).

Biomimetics is classified by two terms, solution-based or problem-based processes. Both with different starting points and characteristics. In the article below, the biomimetic development process is based on the problem, which is in fact, lung cancer (Fayemi et al. 2017).

Cancer, in general, has endured as a global threat over the years, being the second most common cause of death (Li et al. 2018). Currently, many methods are used to deal with cancer, such as chemotherapy, radiotherapy and surgical intervention. However, these treatments continue to fail to some extent, due to the side effects they present. The damage to healthy tissue, as well as the inefficiency of dealing with the disease, give rise to poor therapeutic results (Vijayan, Uthaman, Park, 2018).

How can a product be modeled, based on the principles of the biomimetic strategy, that can fight the body's tumor cells, as well as giving signs of cancer cell formation at early stages?

In recent decades, scientists have studied and developed a system of nanoparticles dedicated to delivering medicine to a certain region of the body. Said nanoparticles have the advantages of being able to be flexibly modified, loaded with a considerable amount of anti-cancer drugs and have adjustable physicochemical properties; that contribute to destabilize and finally eradicate the pathogen. However, the inconveniences were not long in coming. The main setback that limited these nanoparticles to match clinical requirements was the rejection of the substance by the body's own immune system. The cancer cells remained unaffected since the drug that was administered to combat it, was phagocytized by the immune cells since the system did not recognize the substance. (Li et al. 2018)

Consequently, the implementation of biomimetics in such research arose. A new prototype of nanoparticles is designed that have cell membranes responsible for concealing the entry of the nanoparticle into the body, and in this way can attack the tumor cell without the immune system consuming it (Li et al. 2018).

CMNPs (cell membrane nanoparticles) may be composed of different materials that vary depending on the type of substance they will carry along the bloodstream. The nuclei are made up of organic materials (based on polymers, gelatin, liposomes) or inorganic materials (silica gel and even magnetic). The nuclei are encapsulated with infrared dye (fluorescent proteins, organic dyes, semiconductor nanocrystals) to indicate the presence of cancer cells or with a drug that will fight the tumor already established (doxorubicin) (Rao et al. 2016). Also, the nanoparticle is covered by blood and immune cell membranes such as erythrocytes (most common), leukocytes, macrophages, platelets, among others. There are cases where, ironically, cancer cell membranes are used to carry out the process. The type of cell utilized will depend on the indicated use of the nanoparticle, as will the nucleus. (Vijayan, Uthaman, Park, 2018).

CMNPs have demonstrated the potential to significantly improve cancer therapy. These enjoy unique functions provided by the varied materials that make up the core and the membrane. The nanoparticles are not limited only to the previously mentioned membrane types; Stem cells, bacterial cells and other biological compounds are in development to provide a wider margin to fight cancer (Li et al. 2018)

The CMNP is capable of having the characteristics of an autogenous cell, preventing its elimination by the immune system and prolonging its circulation time in the bloodstream; fundamental factors when dealing with a tumor.

With this new technology, timely detection of an incidence of lung cancer will be more common. Likewise, with the CMNPs, the approach to eradicating tumor cells will be more precise and effective compared to traditional methods. The emergence of biomimetic designs and nanomedicine have changed the paradigm with which cancer will be treated.

Bibliography:

• Li, R., He, Y., Zhang, S., Qin, J., & Wang, J. (2018). Cell membrane-based nanoparticles: a new biomimetic platform for tumor diagnosis and treatment. Acta Pharmaceutica Sinica B, 8 (1), 14-22.

• Vijayan, V., Uthaman, S., & Park, I. K. (2018). Cell Membrane-Camouflaged Nanoparticles: A Promising Biomimetic Strategy for Cancer Theragnostics. Polymers, 10 (9), 983.

• Rao, L., He, Z., Meng, Q.-F., Zhou, Z., Bu, L.-L., Guo, S.-S.,… Zhao, X.-Z. (2016). Effective cancer targeting and imaging using macrophage membrane-camouflaged upconversion nanoparticles. Journal of Biomedical Materials Research Part A, 105 (2), 521-530. doi: 10.1002 / jbm.a.35927

Preventive measures against lung cancer

Preventive measures against lung cancer

Lung cancer is the leading cause of death in industrialized societies. Likewise, the mortality ranking of this type of cancer is increasing at unrestrained scales throughout the rest of the world (Goodman, 2000). What actions should government leaders take to prevent their population from suffering from lung cancer?

According to the WHO (World Health Organization), at least one third of all cancer cases may be preventable. In the article below, preventive measures will be demonstrated, which in theory will contribute to a decrease in the lung cancer death rate.

Pulmonary carcinogenesis is the result of a chronic process where multiple genetic and cellular alterations occur within the body. The transformation of normal cells to preneoplastic cells involves a series of damage to the genetic material, as well as epigenetic factors. Overwhelmingly, smoking is attributed to about 85% as the leading cause of lung cancer. The rest of the cases are related to environmental smoke, exposure to other carcinogens (radon, asbestos), inconsistency in the diet, among others (De la Cruz, Charles, et al. 2011).

Therefore, the approach to combating this disease should be directed, for the most part, to the primary cause of lung cancer, tobacco abuse (Goodman, 2000).

The FCTC (Framework Convention for Tobacco Control) is a treaty carried out by WHO, which establishes a preventive protocol against tobacco abuse. Countries can rely on such treaty to execute and manage tobacco control interventions within their boundaries. Likewise, an action plan underlying the FCTC known as MPOWER, offers support to facilitate the process of reducing the demand for tobacco in the population. MPOWER has several informative schemes such as:

• Monitor tobacco consumption and prevention policies

• Protect the population from tobacco smoke

• Offer help to quit tobacco

• Warn about the dangers of tobacco

• Enforce bans on tobacco advertising, promotion and sponsorship

• Increase taxes on tobacco

As far as the political sphere is concerned, it is up to the government to follow the plan developed by the FCTC, as well as to encourage the creation of anti-smoking campaigns and charge tariffs to companies that produce cigarettes. Although the cigarette ban would impact the country's economy at exponential levels, by applying the necessary tax reforms, the income generated by this product will not be affected in the long term.

Likewise, the availability of support services and the development of advertising anti-tobacco campaigns, in addition to the high prices of cigarette packages, will discourage the individual from consuming them regularly. All with the objective of reducing the risk of lung cancer.

References:

• Goodman, G. E. (2000). Prevention of lung cancer. Critical Reviews in Oncology / Hematology, 33 (3), 187-197. doi: 10.1016 / s1040-8428 (99) 00074-8

• WHO | MPOWER brochures and other resources. (2014, November 12). Retrieved from https://www.who.int/tobacco/mpower/publications/es/.

• WHO | Cancer prevention. (2017, August 9). Retrieved from https://www.who.int/cancer/prevention/es/.

• De la Cruz, C. S., Tanoue, L. T., & Matthay, R. A. (2011). Lung Cancer: Epidemiology, Etiology, and Prevention. Clinics in Chest Medicine, 32 (4), 605–644. doi: 10.1016 / j.ccm. 2011.09.001

Medidas de prevención en contra del cáncer de pulmón

Medidas de prevención en contra del cáncer de pulmón

El cáncer de pulmón es la principal causa de muerte en las sociedades industrializadas. Asimismo, el ranking de mortalidad de este tipo de cáncer va incrementando a escalas desenfrenadas a través del resto del mundo (Goodman, 2000). ¿Qué acciones deben tomar los mandatarios de cada país para prevenir que su población sufra de cáncer de pulmón?

De acuerdo con la OMS (Organización Mundial de la Salud), al menos un tercio de todos los casos de cáncer pueden ser prevenibles. En el artículo a continuación, se demostrarán medidas preventivas, qué en teoría, contribuirán a un decrecimiento del índice de mortalidad del cáncer de pulmón.

La carcinogénesis pulmonar es el resultado de un proceso crónico en donde múltiples alteraciones genéticas y celulares se dan lugar dentro del organismo. La transformación de células normales a células preneoplásicas involucra una serie de daños al material genético, al igual que factores epigenéticos. Abrumadoramente, al tabaquismo se le atribuye alrededor de un 85% como una de las causantes del cáncer pulmonar. El resto de los casos son relacionados con el humo del cigarro ajeno, la exposición a otros carcinógenos (radón, asbestos), inconsistencia en la dieta alimentaria, entre otros (De la Cruz, Charles, et al. 2011).

 Por lo tanto, el enfoque a combatir esta enfermedad debe estar dirigida, en su mayoría, a la causa primordial del cáncer de pulmón, el abuso del tabaco (Goodman,2000).

El CMCT (Convenio Marco para el Control del Tabaco) es un tratado llevado a cabo por la OMS, que establece un protocolo preventivo contra el abuso del tabaco. Los países pueden basarse en dicho tratado para ejecutar y gestionar las intervenciones de control del tabaco. Asimismo, un plan de medidas subyacente al CMCT conocido como MPOWER, ofrece una vía de apoyo a nivel gubernamental para facilitar el proceso de reducir la demanda del tabaco en la población. MPOWER dispone de diversos esquemas informativos tales como:

·         Vigilar el consumo de tabaco y las políticas de prevención

·         Proteger a la población del humo de tabaco

·         Ofrecer ayuda para dejar el tabaco

·         Advertir sobre los peligros del tabaco

·         Hacer cumplir las prohibiciones sobre publicidad, promoción y patrocinio del tabaco

·         Aumentar los impuestos sobre el tabaco

En cuanto al ámbito político se refiere, queda a la disposición del gobierno seguir el plan desarrollado por el CMCT, al igual que incentivar la creación de campañas antitabaco y cobrar aranceles a compañías productoras de cigarros. Si bien la prohibición del cigarro impactaría de manera exponencial la economía del país, al aplicar los requerimientos fiscales necesarios, el ingreso generado por este producto no se verá mermado a largo plazo.

Asimismo, la disponibilidad de servicios de apoyo y desarrollo de campañas publicitarias, además de los altos precios de los paquetes de cigarrillos, desalentarán al individuo de consumirlos regularmente. Todo con el objetivo de reducir el riesgo de contraer cáncer de pulmón.

Referencias:

Goodman, G. E. (2000). Prevention of lung cancer. Critical Reviews in Oncology/Hematology, 33(3), 187–197. doi:10.1016/s1040-8428(99)00074-8

 OMS | Folletos MPOWER y otros recursos. (2014, November 12). Retrieved from https://www.who.int/tobacco/mpower/publications/es/.

OMS | Prevención del cáncer. (2017, August 9). Retrieved from https://www.who.int/cancer/prevention/es/.

De la Cruz, C. S., Tanoue, L. T., & Matthay, R. A. (2011). Lung Cancer: Epidemiology, Etiology, and Prevention. Clinics in Chest Medicine, 32(4), 605–644. doi:10.1016/j.ccm.2011.09.001 

Biomimética y su relación con el cáncer de pulmón

Biomimética y su relación con el cáncer de pulmón

La bioinspiración es el enfoque creativo que estudia a la naturaleza mediante la observación de sistemas biológicos y da lugar al desarrollo de tecnologías innovadoras. La biomimética es un subgénero de la bioinspiración. Esta rama está dirigida a resolver problemas por medio del análisis de redes biológicas, por el cual se emplean modelos y son puestos en práctica para lograr una solución (Fayemi et al. 2017).

La biomimética es clasificada mediante dos términos, procesos basados en soluciones o inspirado por problemas. Ambos con distintos puntos de inicio y características. En el artículo a continuación, el proceso de desarrollo biomimético es fundamentado por el problema, el cáncer de pulmón (Fayemi et al. 2017).

El cáncer, en general, ha perdurado como una amenaza mundial al pasar de los años, siendo la segunda causa de muerte más común (Li et al. 2018). Actualmente, una amplia cantidad de métodos son utilizados para lidiar con el cáncer, tales como la quimioterapia, radioterapia e intervención quirúrgica. No obstante, los tratamientos siguen fracasando a cierta medida, debido a los efectos secundarios que éstos presentan. El daño al tejido sano, tanto como la ineficacia de tratar con la enfermedad, dan lugar a pobres resultados terapéuticos (Vijayan, Uthaman, Park, 2018).

¿De qué manera se podrá modelar un producto, en base a los principios de la estrategia biomimética, que sea capaz de combatir las células tumorales del organismo, al igual que dar indicios de formación de células cancerosas a etapas tempranas?

En las últimas décadas, los científicos han estudiado y desarrollado un sistema de nanopartículas dedicadas a suministrar medicamento a una cierta región del cuerpo. Dichas nanopartículas gozan de las ventajas de poder ser modificadas con flexibilidad, cargar con una considerable cantidad de fármacos anti-cáncer y tener propiedades fisicoquímicas ajustables; que contribuyen a inestabilizar y finalmente erradicar el patógeno. Sin embargo, los inconvenientes no tardaron en llegar. El percance principal que limitaba estas nanopartículas a congeniar con requerimientos clínicos era el rechazo de la substancia por parte del mismo sistema inmunitario del organismo. Las células cancerosas permanecían inafectadas ya que la droga administraba para combatirla, era fagocitada por parte de las células inmunitarias ya que el sistema no reconocía la substancia. (Li et al. 2018)

En consecuencia, surge la implementación de la biomimética en dicha investigación. Se diseña un nuevo prototipo de nanopartículas que poseen de membranas celulares encargadas de disimular la entrada de la nanopartícula al organismo, y que de esta manera pueda atacar a la célula tumoral sin que el sistema inmunitario la consuma (Li et al. 2018).

Las NPMCs (nanopartículas de membrana celular) pueden estar compuestas de diferentes materiales que varían dependiendo del tipo de sustancia que éstas transportarán a lo largo del torrente sanguíneo. Los núcleos llegan a ser de materiales orgánicos (a base de polímeros, gelatina, liposomas) o inorgánicos (gel de sílice y hasta magnéticos). Los núcleos son encapsulados con tinte infrarrojo (proteínas fluorescentes, tintes orgánicos, nanocristales semiconductores) para indicar presencia de células cancerosas o con un fármaco que combatirá el cáncer ya establecido (doxorrubicina) (Rao et al. 2016). Asimismo, la nanopartícula es cubierta por membranas de células sanguíneas e inmunitarias tales como los eritrocitos (más comunes), leucocitos, macrófagos, plaquetas, entre otros. Existen casos en donde, irónicamente, se emplea el uso de las membranas de células cancerosas para llevar a cabo el proceso. El tipo de célula empleada dependerá del uso indicado de la nanopartícula, al igual que el núcleo. (Vijayan, Uthaman, Park, 2018).

Las NPMCs han demostrado el potencial para mejorar significativamente la terapia contra el cáncer. Éstas gozan de funciones únicas proporcionadas por los materiales variados que conforman el núcleo y la membrana. Las nanopartículas no están limitadas solamente a los tipos membranosos mencionados previamente; membranas de células madre, bacterianas y de otros compuestos biológicos están en desarrollo para brindar un margen más amplio para combatir el cáncer (Li et al. 2018)

La NPMC es capaz de tener las características de una célula autógena, evitando su eliminación por parte del sistema inmunitario y prolongando su tiempo de circulación en el torrente sanguíneo; factores fundamentales al momento de lidiar con un tumor.

Con esta nueva tecnología, la detección oportuna de una incidencia de cáncer pulmonar será más común. Igualmente, con las NPMCs, el enfoque a erradicar células tumorales será más preciso y eficaz en comparación a los métodos tradicionales. El surgimiento de diseños biomiméticos y de la nanomedicina han cambiado el paradigma con el que se tratará el cáncer.

Bibliografía:

 -  Li, R., He, Y., Zhang, S., Qin, J., & Wang, J. (2018). Cell membrane-based nanoparticles: a new biomimetic platform for tumor diagnosis and treatment. Acta Pharmaceutica Sinica B, 8(1), 14-22.

·        -  Vijayan, V., Uthaman, S., & Park, I. K. (2018). Cell Membrane-Camouflaged Nanoparticles: A Promising Biomimetic Strategy for Cancer Theragnostics. Polymers, 10(9), 983.

·        -  Rao, L., He, Z., Meng, Q.-F., Zhou, Z., Bu, L.-L., Guo, S.-S., … Zhao, X.-Z. (2016). Effective cancer targeting and imaging using macrophage membrane-camouflaged upconversion nanoparticles. Journal of Biomedical Materials Research Part A, 105(2), 521–530. doi:10.1002/jbm.a.35927

Homeostasis, health and disease and its relationship with lung cancer

Homeostasis, health and disease and its relationship with lung cancer

The immune system is able to respond to the presence of cancer cells through two ways that share similarities with each other. Both consist of a reaction to the antigens that the cancer cell shows, whether specific or associated with the tumor. These tumor antigens are the product of mutated proteins, which have the function of identifying, in this case, the granuloma within the organism. (Finn, 2008)

The neoplasia caused by viruses shows viral antigens, which in turn, serve as tumor antigens. For example, the E6 and E7 genes function as biomarkers that help identify the presence of the human papillomavirus, and therefore, the formation of cervical carcinoma (Finn, 2008).

Likewise, both procedures act according to the cancer immunity cycle. The genetic and cellular alterations provide the necessary stimuli to the immune system to generate T lymphocytes, which are responsible for recognizing and eradicating cancer cells (Chen, Mellman 2013). ^{1}This cycle is presented below:

However, according to the NIH (National Institute of Health), the autonomous response of the immune system is sometimes insufficient, so immunotherapy methods are implemented. Of which stand out:

• Non-specific immune stimulation: Medicines are used to increase the overall immune response of the individual.

• T-cell transfer therapy: T-lymphocytes are removed from the patient and then cultured in a laboratory so they can proliferate. Finally, they are reintroduced to the patient.

• Inhibitors of immune control points: Drugs that manually activate T cells in order to attack cancer cells.

As far as lung cancer is concerned, the HGNC EGFR gene is one of quite a few genes used as tumor biomarkers to reflect molecular characteristics of neoplastic cells and thus, deal with this disease effectively. (Ogino, Galon, Fuchs, Dranoff 2011)

According to class IB1005.1 "Fundamentals of biological systems", genomic medicine and pharmacogenetics have a primary role when discussing cancer treatments.

The purposes to which researchers aspire when dealing with patients suffering from cancer is to cure the disease, prolong survival and improve the quality of life. For that reason, it is essential to identify the informational biomarkers involved in patient therapies, to provide personalized medicines and offer the optimal treatment for each individual, as well as reducing adverse effects. (Ogino, et al. 2011)

Psychological stress is a disorder that occurs when an individual perceives that everyday demands exceed his/her ability to adapt (Cohen, Janicki-Deverts, Miller 2007). That is, what a person feels when they are under mental, physical or emotional pressure. (NIH, 2012)

It is generally assumed that stress influences the creation, development and spread of a pathogen; But what relationship exists between what science dictates and what is stipulated by popular belief?

 Psychological stress occurs through negative affective states, such as anxiety or depression, which consequently exhibit direct effects on the biological processes or behavior patterns of the individual, hence, increasing the risk of contracting a disease, (Cohen, Janicki -Deverts, Miller 2007).

The presence of occasional psychological stress in the body triggers two endocrine response systems: The hypothalamic-pituitary-adrenal axis (HPA) and the sympathetic-adrenal-medullary system (SAM) are responsible for producing hormones, such as cortisol and epinephrine , which regulate the physiological processes of the body. Also, when these hormones perceive a “threat”, they respond by rising glucose levels in the blood, increasing heart rate and blood pressure among other actions (Cohen, Janicki-Deverts, Miller 2007).

However, if the patient suffers from chronic stress, prolonged activation of the HPA and SAM systems will interfere with the proper control of physiological processes, weakening systems such as the immune; opening a pathway to physical and psychiatric disorders (Cohen, Janicki-Deverts, Miller 2007).

Research put into the relationship between cancer and stress has been diminished by ethical considerations that prohibit the use of humans in experiments. In addition, the ambiguity and lack of consistency in the results of certain studies compromise the verdict that, in effect, stress is a pioneer in the creation of a cancer cell. Hence, it is difficult to find a cause and effect relationship between these two types of disorders with the evidence that has been presented. However, the effects that stress implements on an individual can cause a series of events that stimulate the growth of a tumor. Antiviral defenses, DNA repair and cell aging are vital pathogenic processes that are compromised by being subject to high levels of stress (Cohen, Janicki-Deverts, Miller 2007).

In conclusion, limited samples of studies and experiments result in weak evidence that supports psychological stress causing some type of cancer. However, the stress generated by environmental and demographic factors incites the progression of cancer and other diseases.

References:

•     - Finn, O. J. (2008). Cancer Immunology. New England Journal of Medicine, 358(25), 2704–2715. doi:10.1056/nejmra072739
•         - Chen, D. S., & Mellman, I. (2013). Oncology Meets Immunology: The Cancer-Immunity Cycle. Immunity, 39(1), 1–10. doi:10.1016/j.immuni.2013.07.012
•          -Woo, E. Y., Yeh, H., Chu, C. S., Schlienger, K., Carroll, R. G., Riley, J. L., … June, C. H. (2002). Cutting Edge: Regulatory T Cells from Lung Cancer Patients Directly Inhibit Autologous T Cell Proliferation. The Journal of Immunology, 168(9), 4272–4276. doi:10.4049/jimmunol.168.9.4272
•          -Ogino, S., Galon, J., Fuchs, C. S., & Dranoff, G. (2011). Cancer immunology—analysis of host and tumor factors for personalized medicine. Nature Reviews Clinical Oncology, 8(12), 711–719. doi:10.1038/nrclinonc.2011.122
•         - de León, Joel, & Pareja, Arturo. (2018). Inmunología del cáncer I: bases moleculares y celulares de la respuesta inmune antitumoral. Horizonte Médico (Lima), 18(3), 80-89. https://dx.doi.org/10.24265/horizmed.2018.v18n3.1
•        - Inmunoterapia para el cáncer. (n.d.). Retrieved from https://www.cancer.gov/espanol/cancer/tratamiento/tipos/inmunoterapia
•          - Cohen, S., Janicki-Deverts, D., & Miller, G. E. (2007). Psychological Stress and Disease. JAMA, 298(14), 1685. doi:10.1001/jama.298.14.1685
•          - Estrés psicológico y el cáncer. (n.d.). Retrieved from https://www.cancer.gov/espanol/cancer/sobrellevar/sentimientos/hoja-informativa-estres