Cellular models with extreme metabophenotypes to study tumor metabolic reprogramming: Development of antitumor nanodevices focused on metabolic targets

Las celulas tumorales deben adaptarse y evolucionar eficientemente en un nicho celular hostil, sometido frecuentemente a un microambiente hipoxico y con fluctuaciones en la disponibilidad de nutrientes. Estas adaptaciones metabolicas en cancer no han surgido como consecuencia de una adaptacion accidental, sino debido a un proceso muy preciso regulado fundamentalmente por la transformacion celular y la oncogenesis. Por lo tanto, nos proponemos estudiar las principales rutas y dianas metabolicas que estan aun sin descifrar, particularmente en algunos subtipos de cancer como son las celulas tumorales deficientes en respiracion, que puedan desempenar un papel fundamental en el desarrollo tumoral. Ademas, el descubrimiento de algunas de estas dianas metabolicas clave puede mejorar el desarrollo y la optimizacion de nuevas estrategias terapeuticas mediante el uso de plataformas nanotecnologicas. Los objetivos generales que se proponen para este proyecto son: (a) Elucidar cuales son las adaptaciones y dianas metabolicas mas importantes en las celulas tumorales, fundamentalmente en modelos de celulas cancerigenas deficientes en respiracion, como fenotipo metabolico extremo; (b) aprovechar el conocimiento metabolico para identificar dianas terapeuticas susceptibles de aplicaciones nanotecnologicas, que permitan un impacto selectivo y especifico en las celulas cancerigenas utilizando nuestros modelos celulares; (c) desarrollar un metodo nanotecnologico eficiente basado en la fluorescencia para monitorizar la proliferacion celular, ya que la proliferacion celular no controlada es un sello distintivo de las celulas cancerosas, siendo cruciales los ensayos de proliferacion celular para estudiar la influencia de los cambios metabolicos en la progresion del cancer. Durante el desarrollo del presente trabajo se ha realizado un estudio del mapa metabolico en modelos celulares con metabofenotipos extremos, como son las celulas deficientes en respiracion (Objetivo 1). Se han obtenido resultados que incluyen (i) la identificacion de las principales rutas y dependencias metabolicas responsables de la reprogramacion durante la disfuncion de la respiracion en celulas tumorales; (ii) estudio de la expresion de oncogenes y los perfiles de actividad de enzimas metabolicas clave para determinar su relevancia en el proceso de reprogramacion metabolica de los modelos celulares; y (iii) un extenso analisis del flujo metabolico dinamico en las rutas clave identificadas previamente. Esta aproximacion metabolomica por espectrometria de masas para identificar las rutas metabolicas mas importantes ha permitido determinar un papel fundamental de la respiracion en el metabolismo tumoral, la cual es requerida para mantener un alto flujo glicolitico en el metabolismo biosintetico que presentan tanto las celulas proliferativas como las celulas tumorales. Por otro lado, implementacion de estrategias nanotecnologicas basadas en el metabolismo tumoral (Objetivo 2), ha sido exitosamente lograda con los siguientes resultados: (i) evaluacion de la eficiencia de nanodispositivos en modelo de celulas cancerigenas basado en celulas deficientes en respiracion; (ii) desarrollo y evaluacion de un sistema controlado de liberacion de farmacos y para la combinacion de terapias antitumorales; y (iii) desarrollo y validacion de nanodispositivos multifuncionalizados para el sistema de administracion de farmacos dirigidos a celulas tumorales con perfiles metabolicos concretos. Finalmente, se ha desarrollado un nuevo metodo de seguimiento de la proliferacion celular basado en el uso de nanoparticulas (Objetivo 3). Este metodo ha sido validado en varias lineas celulares adherentes y de crecimiento en suspension, incluyendo celulas dificiles de transfectar. Aun mas interesante ha sido lograr nanofectar linfocitos con exito para seguir su proliferacion (hasta el momento el unico metodo eficaz para realizar esto es la tincion CFSE). El metodo tambien se valido en un ensayo donde se provoco el arresto celular inducido a traves del efecto de la mitomicina, demostrandose el potencial del metodo para ensayos celulares a largo plazo. Ademas, en este nuevo metodo no se vio alterado el ciclo celular y no presento efectos citotoxicos.