Melanie Coathup y Sudipta Seal, ingenieros en ciencias materiales de la Universidad de Florida Central, diseñaron una nanopartícula de óxido de cerio, una enzima artificial, que protege los huesos contra el daño causado por la radiación. La nanopartícula también ha mostrado capacidades para mejorar la regeneración ósea, reducir la pérdida de células sanguíneas y ayudar a eliminar las células cancerosas.

Su estudio, una colaboración con la Universidad de Oakland, la Universidad A&T de Carolina del Norte, la Universidad de Sheffield y la Universidad de Huddersfield en el Reino Unido, se publicó en Materiales bioactivos.

Aproximadamente el 50% de todos los pacientes con cáncer recepción radioterapia—un tratamiento que utiliza partículas cargadas eléctricamente para matar células cancerosas. Alrededor del 40% de los pacientes se curan con esta terapia. Sin embargo, daño óseo es un efecto secundario que afecta aproximadamente al 75 % de los pacientes que reciben radiación.

“Debido a su alto contenido de calcio, el hueso absorbe entre un 30 y un 40 % más de radiación que otros tejidos, por lo que es un sitio común de lesiones”, dice Coathup, director del grupo de profesores de Biionix de la UCF. “La radiación hace que el hueso se vuelva quebradizo y fácil de fracturar. Y debido al daño causado por la radiación, muchas personas no pueden reparar su fractura ósea. En algunas personas, esto lleva a tener una amputación para resolver la complicación”.

Mientras que los haces de radioterapia se dirigen directamente al tumor, los alrededores tejido sano también se daña y puede causar muchos problemas de salud adicionales para los pacientes.

“Por el momento, no existe un fármaco o terapia real para proteger el tejido sano del daño causado por la radiación”, dice Coathup. "Esto no es solo un problema para los pacientes con cáncer que se someten a radioterapia, sino que también plantea problemas para los astronautas y la futura exploración del espacio profundo".

La defensa natural del cuerpo contra la radiación es un grupo de enzimas llamadas antioxidantes, pero este sistema de defensa se ve superado fácilmente por la radiación y por sí solo no puede proteger al cuerpo del daño. Seal, un destacado nanotecnólogo, diseñó la nanopartícula de óxido de cerio, o nanoceria, que imita la actividad de estos antioxidantes y tiene un mecanismo de defensa más fuerte para proteger las células contra el daño del ADN.

“La nanoceria funciona con una estructura reticular regenerativa específicamente diseñada responsable de destruir las especies dañinas de oxígeno reactivo, un subproducto del tratamiento con radiación”, dice Seal.

Trabajando con el investigador postdoctoral Fei Wei, Coathup probó la nanozima en modelos vivos que recibieron radioterapia.

“Nuestro estudio mostró que exponer a las ratas a niveles de radiación similares a los que se administran a los pacientes con cáncer provocó huesos débiles y dañados”, dice Coathup. "Sin embargo, cuando tratamos a los animales con la nanozima, antes y durante tres dosis de radiación durante tres días, encontramos que el hueso no estaba dañado y tenía una fuerza similar a la del hueso sano".

El estudio también mostró que el tratamiento con nanozimas ayudó a eliminar las células cancerosas, posiblemente debido a un aumento en la acidez, y protegió contra la pérdida de blancura y las células rojas de la sangre que suele ocurrir en pacientes con cáncer. Un recuento bajo de glóbulos blancos y rojos significa que el paciente es más susceptible a infecciones oportunistas, menos capaz de combatir el cáncer y está más fatigado. Otro hallazgo interesante es que la nanopartícula también mejoró la capacidad de las células sanas para producir más antioxidantes, redujo la inflamación (que también conduce a la pérdida ósea) y promovió la formación ósea.

La investigación futura buscará determinar la dosis y la administración apropiadas de la nanozima y explorar más a fondo cómo la nanozima ayuda a eliminar las células cancerosas. Los investigadores también centrarán sus estudios en el contexto del cáncer de mama, ya que las mujeres son más susceptibles al daño óseo que los hombres.

“Los pacientes con cáncer ya están luchando para combatir una enfermedad”, dice Coathup. “No deberían tener que preocuparse por las fracturas óseas y el daño tisular. Así que esperamos que este avance ayude a los sobrevivientes a volver a vivir una vida normal y saludable”.