Nanosistemas como tratamientos antitumorales para el cáncer colorrectal y su subpoblación de células madre del cáncer

Abstract

Colorectal cancer (CRC) is the third most frequent cancer at global level. It is the second cause of cancer dead in Europe. His origin is multifactorial; it is caused due to genetic factors (such as for example inherit mutations on MLH1, MSH2, MSH6, PMS2 and EPCAM genes, that are related to DNA damage reparation), but it is also caused by environmental factors and habits, like smoking, diets rich on fats, or aging. Conventional treatments are based on distinct combinations of chemotherapies drugs (specifically; FOLFOX, FOLFIRI and CapeOx combinations), antibody specific treatment (bevacizumab, an anti-VEGF, and cetixumab and panitumumab, both anti-EGFR-A), and surgery for small tumours removal. Unfortunately, these therapies are generally associated with graves withdrawal effects. What¿s more, it is frequent the cases where patients have aggressive tumours, in an important grade of metastasis and with resistance to conventional treatments. There exist also sometimes patients who suffer from recurrence problems. Life average in patients with CRC at advanced stages is between 20 and 24 months. Because of that, it is necessary to develop new and efficient treatments against CRC. Considering this situation, nanomedicine stands as a promising option. The use of nanoparticles as drugs delivery systems and with a specific targeting will be a breakthrough in the increasing of the treatment efficacy, concentrating the drug in the tumour. It also will solve the problems associated to withdrawal effects caused by using directly the free drug. Our objective is to use this approach to attack the cancer stem cells (CSC) subpopulation. CSC are a tumour cell subpopulation; they present the capacities of self-renew, tumorgenicity and aggressive. Different studies confirm their presence in CRC tumours. CSC share an important number of pathways with normal stem cells (such as Wtn, Noth and Hedgehog pathways). They have the capacity of modulating their own environment, and comparing with normal tumour cells. Even more, they show a superior expression level of antiapoptotic proteins and drug efflux pumps, which lead to this tumour cell subpopulation to be resistant against conventional treatments. These characteristics put the CSC on the focus as a target that we need to attack and eliminate in order to finally reach the patient cure. AKT2 is a protein highly expressed in solid tumours. It forms part and intervene in a relevant number of key pathways. AKT2 increased expression is related to Ras/cyclin pathway activation, and GSK3B, Forkhead, BAD and mTOR pathways inhibition. All these promote the cell cycle progression, cell survival, cell metabolism, genetic instability and nutrient response. AKT2 is strongly relevant for the CSC, because of AKT2 promotes the mTOR activation, which induce the self-renew and tumorgenicity capacities of the CSC. In the other hand, CXCR4 is an importantly expressed protein in solid tumour, including at CRC, in which is associated to a greater therapy resistance and tumour aggressiveness. CXCR4 also plays an essential role on tumour dissemination and metastasis. His expression in CSC of CRC tumours is really high, and it is used as a biomarker of CSC subpopulation. Because of all these reasons, CXCR4 and AKT2 have an enormous potential as targets for new drugs development. In this project, we have as objective to use nanoparticles as delivery systems for the treatment, and their study at in-vitro models with the purpose of developing novel drug with high specificity against the CSC. In that aspect, we have produced and studied distinct types of nanoparticles (liposomes, polymeric nanoparticles and dendrimers) loaded with doxorubicin (a strong and efficient drug against different types of cancers, but with a high toxicity and withdrawal effects associated to it), AKT2 siRNA or a chemical AKT2 inhibitor, also using CXCR4 as an active targeting; with making distinct combinations and systems. The study of this sy

El cáncer colorrectal (CRC) es el tercer cáncer más frecuente a nivel mundial, siendo la segunda causa de muerte por cáncer en Europa. Tiene un origen multifactorial; esta causado tanto por factores genéticos (por ejemplo, mutaciones hereditarias en los genes MLH1, MSH2, MSH6, PMS2 y EPCAM, genes relacionados con la reparación del daño al ADN) como ambientales y hábitos de vida, tales como el tabaquismo, las dietas ricas en grasas o el envejecimiento. Los tratamientos convencionales consisten en diferentes combinaciones de fármacos quimioterapéuticos (las combinaciones FOLFOX, FOLFIRI y CapeOx), terapia con anticuerpos (bevacizumab, con función anti-VEGF, cetuximab y panitumumab, con función anti-EGFR-A) y cirugía para la extracción de tumores de pequeño tamaño. Desgraciadamente, estas terapias generalmente están asociadas a una alta toxicidad y efectos secundarios. Además, son frecuentes los casos de pacientes con tumores agresivos y metástasis, en muchos casos resistentes a los tratamientos convencionales. En ciertos casos, también existen problemas de recurrencia del tumor tras el tratamiento. La esperanza de vida en pacientes que presentan el CRC en estados avanzados se encuentra entre 20-24 meses, por lo que es necesario el desarrollo de nuevos tratamientos. En esta situación, la nanomedicina se presenta como una prometedora opción. El uso de nanopartículas como sistemas de liberación de los fármacos y con una diana específica permitiría una enorme mejora de la eficacia del tratamiento al concentrar el fármaco en el tumor. Por otro lado, al estar en una nanopartícula, se evitan muchos de los efectos secundarios asociados al fármaco libre. Nuestro objetivo es utilizar esta aproximación para atacar a la subpoblación de células madre de cáncer (CSC). Las células madre de cáncer (CSC), es una sub-población celular tumoral; presentan capacidad de autorenovación, tumorgenicidad y alta agresividad. Diferentes estudios confirman su presencia en los tumores de CRC. Comparten muchas rutas de señalización con las células madre (como las vías de Wtn, Notch y Hedgehog). Tienen capacidad de modular y modelar su propio microambiente y, en comparativa con células tumorales normales, muestran mayor expresión de proteínas antiapoptóticas y ¿drug efflux pumps¿, lo que causa que esta subpoblación sea extremadamente resistente a terapias convencionales. Por estas características las CSC se relacionan con problemas de recurrencia, metástasis tumoral y peor pronóstico del paciente. Por ello, se hace necesario eliminar de forma específica y eficaz las CSC para garantizar la curación del paciente. AKT2 es una proteína ampliamente expresada en tumores sólidos. Su sobreexpresión en tumores interviene en muchas vías clave; se la relaciona con la activación de la vía de Ras/ciclina y mTOR, y la inhibición de GSK3B, Forkhead y BAD. La activación e inhibición de estas vías promueve la progresión del ciclo celular, la supervivencia, la activación metabólica, la inestabilidad genética y la respuesta a nutrientes. AKT2 es especialmente relevante para las CSC en las cuales, por ejemplo, la activación de la via mTOR por parte de AKT2 para promover sus capacidades de autorenovación y tumorgenicidad. Por otro lado, CXCR4 es una proteína altamente expresada en tumores sólidos, incluido el CRC y asociada a una mayor resistencia a terapia, agresividad tumoral, jugando un papel clave en la diseminación tumoral y su metástasis. Su expresión en CSC de CRC es altamente elevada y se utiliza como marcador de esta sub-población. Por estos motivos, CXCR4 y AKT2 se erigen como proteínas con un enorme potencial para el desarrollo de nuevas terapias. En el presente proyecto, tenemos como objetivo utilizar nanopartículas como sistemas de liberación para el tratamiento y el estudio en modelos in vitro para desarrollar fármacos noveles de alta especificidad y eficaces contra las CSC. Con est