Cómo hacemos que las bacterias se coman el cáncer

La medicina moderna ha logrado avances significativos en el tratamiento del cáncer a lo largo de las décadas. Pero todas las terapias contra el cáncer aún enfrentan un desafío crítico: cómo atacar el cáncer sin dañar las células sanas.

Las soluciones imperfectas provocan efectos secundarios: la cirugía y la radiación pueden dañar el tejido sano cercano, mientras que la quimioterapia puede atacar indiscriminadamente las células de rápido crecimiento, dañando los folículos pilosos sanos y el revestimiento del estómago.

Las células bacterianas de Clostridium sporogenes pueden permitir nuevos tratamientos contra el cáncer. (Brian Ingalls), proporcionado por el autor (sin reutilización)

Un enfoque alternativo implica reclutar un aliado sorprendente: las bacterias. Algunos tipos de bacterias no pueden sobrevivir en presencia de oxígeno. Viven en ambientes con poco oxígeno, como en las profundidades del suelo o en el fondo de los lagos. Estos llamados anaerobios generalmente no pueden infectar los tejidos sanos, donde abunda el oxígeno.

Por el contrario, los tumores cancerosos no están bien oxigenados. A medida que los tumores crecen, su suministro de sangre se vuelve anormal e ineficiente, lo que lleva a regiones mal oxigenadas dentro del tumor. Este entorno con poco oxígeno proporciona un nicho único para la infección bacteriana anaeróbica.

Para utilizar estas bacterias en la terapia contra el cáncer, los médicos podrían inyectar al paciente esporas de tipo anaeróbico latentes. Esas esporas viajarían a través del torrente sanguíneo y permanecerían inertes en el tejido sano y oxigenado. Una vez que las esporas llegan al tumor, pueden iniciar infecciones autolimitadas que podrían suprimir el tumor. Ese es el objetivo. La realidad es más complicada.

Junto con nuestros colegas Bahram Zargar, director ejecutivo y cofundador de CREM Co Labs, y Sara Sadr, ambos ex alumnos del Departamento de Ingeniería Química de la Universidad de Waterloo, recientemente publicamos una investigación que explora el potencial de la bacteria Clostridium sporogenes para combatir el cáncer.

Historia del uso de bacterias para tratar el cáncer.

El Dr. William Colley (1862-1936) fue uno de los primeros en probar el tratamiento del cáncer con bacterias.

Durante milenios se han realizado informes sobre la regresión del cáncer causada por infecciones bacterianas. En el contexto de la medicina moderna, William Colley, un médico que ejercía en Nueva York a principios del siglo XX, documentó el caso de un paciente cuyos tumores cancerosos fueron suprimidos por una infección desagradable.

Coley comenzó a probar terapias inyectando bacterias vivas extraídas de estas infecciones en pacientes con cáncer. En su documentación inicial de casos, un tercio de los pacientes mostró una mejoría, la mayoría no mostró respuesta y alrededor del cinco por ciento murió a causa de la infección.

No es un comienzo alentador. Pero perseveró y desarrolló un tratamiento con bacterias tratadas térmicamente que produjo mejores resultados. Estos tratamientos, que implicaban la estimulación del sistema inmunológico (un ejemplo temprano de inmunoterapia), se conocieron como toxinas Collie.

La popularidad de los tratamientos de Coley se desvaneció a medida que se desarrollaron otros enfoques terapéuticos. El tratamiento quirúrgico se ha vuelto más seguro, mientras que los tratamientos con radiación y quimioterapia han demostrado ser eficaces. Eran mucho más fáciles de caracterizar que los microbios de las toxinas de Coli.

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C. sporogenes y nuestra investigación

Las terapias bacterianas continuaron siendo objeto de investigación. A mediados del siglo XX, se realizaron ensayos clínicos para probar los resultados de la inyección de esporas de la bacteria anaeróbica Clostridium sporogenes, una bacteria del suelo no patógena. Quizás esté familiarizado con los parientes más conocidos de C. sporogenes, como C. tetani, que causa el tétanos, y C. botulinum, la fuente del botox.

Las pruebas preclínicas en ratones confirmaron que las esporas inyectadas de C. sporogenes permanecían inactivas en el tejido sano, pero crecían en los tumores. Los pacientes en ensayos clínicos mostraron cierta regresión del tumor, pero fue de corta duración.

Las células bacterianas dañaron el interior del tumor, pero no alcanzaron el borde exterior del tumor, que está más oxigenado. Los tumores continuaron creciendo desde esos bordes exteriores intactos.

Un avance rápido hasta el siglo XXI y los avances modernos en ingeniería genética. El campo de la biología sintética se centra en la construcción de nuevas entidades biológicas como herramientas para resolver desafíos de ingeniería.

La caja de herramientas de la biología sintética se puede utilizar para diseñar variantes de bacterias anaeróbicas que puedan ser supresores de tumores más eficaces que sus primas nativas.

De izquierda a derecha: los investigadores de Waterloo Brian Ingalls, Sara Sadr y Marc Aucoin diseñaron bacterias para tratar el cáncer comiendo tumores de adentro hacia afuera. (Universidad de Waterloo)

La intolerancia al oxígeno C. sporogenes permite atacar el tumor, pero también limita el potencial terapéutico. Reconociendo este hecho, nos esforzamos por encontrar una solución de ingeniería que pueda lograr la ventaja de la focalización sin enfrentar la limitación del rendimiento.

Construimos células de la bacteria C. sporogenes de dos maneras: primero, introduciendo un gen que mejora la capacidad de la bacteria para tolerar el oxígeno. El objetivo es permitir que penetre más hasta el borde exterior del tumor.

En segundo lugar, introdujimos un sistema de control que activa las bacterias sólo bajo las condiciones deseadas. Este sistema de control, llamado detección de quórum, garantiza que la tolerancia al oxígeno diseñada se “activa” sólo cuando las células bacterianas encuentran el tumor y crecen hasta un umbral de densidad de población.

Estudios futuros podrían vincular este sistema de control con otras actividades bacterianas, como la activación de partículas de fármacos o la estimulación del sistema inmunológico del huésped.

Nuestra investigación aún se encuentra en sus primeras etapas. Su desarrollo continuo contribuirá a los esfuerzos de la comunidad investigadora para diseñar productos bioterapéuticos vivos para mejorar el tratamiento del cáncer.