Onda milimétrica y fármaco: aplicación en la inmunoterapia contra el cáncer

Modulación del Sistema Inmunológico Inducida por Ondas Milimétricas y Fármacos - Aplicación en la Inmunoterapia del Cáncer

Resumen

En los últimos años se han utilizado varios enfoques para el tratamiento del cáncer. Estos incluyen cirugía, quimioterapia, radioterapia e inmunoterapia. La inmunoterapia incluye la administración sistémica de citoquinas, transferencia adaptativa de células T activadas, células NK, células dendríticas y macrófagos. La inmunoterapia se usa para estimular y entrenar el sistema inmunológico del paciente para combatir el cáncer. Sin embargo, este enfoque por sí solo no es suficiente. Por lo tanto, comúnmente se utiliza una combinación de inmunoterapia con quimioterapia y radioterapia convencionales para el tratamiento del cáncer. Pero la administración sistémica de citoquinas, como interferones e interleucinas, comúnmente usadas en inmunoterapia, tiene sus propios efectos tóxicos secundarios que pueden ser potencialmente mortales para muchos pacientes. En este artículo, hemos revisado el conocimiento actual sobre los efectos de la terapia con ondas milimétricas (MMWT) en el sistema inmunológico. La MMWT, una modalidad alternativa y complementaria de tratamiento, se usa ampliamente para el tratamiento del cáncer y muchas otras enfermedades en Rusia y varios países de Europa del Este. Sin embargo, es prácticamente desconocida para los médicos occidentales. Nuestros estudios experimentales han demostrado que la MMWT, cuando se usa en combinación con quimioterapia, protege el sistema inmunológico de la toxicidad de la quimioterapia sin introducir toxicidad adicional propia. Además, nuestros estudios han mostrado que la combinación de ondas milimétricas y quimioterapia puede reducir la metástasis tumoral y la resistencia tumoral a los fármacos quimioterapéuticos. Así, la terapia combinada usando MMWT ofrece una nueva estrategia prometedora para el tratamiento del cáncer.

Introducción

Las ondas electromagnéticas milimétricas (MMWs) se usan ampliamente para el tratamiento de muchas enfermedades en Rusia, China y varios países de Europa del Este [1-6]. Las tres frecuencias más comunes empleadas son 42.2, 53.6 y 61.2 GHz. Estas están aprobadas por el Ministerio de Salud ruso para tratamiento médico. Se han reportado excelentes resultados clínicos en el tratamiento de diversas enfermedades, incluyendo úlceras pépticas, alivio del dolor, enfermedades cardiovasculares, cicatrización de heridas, asma bronquial, parálisis cerebral infantil, trastornos cutáneos, alcoholismo crónico, angioneuropatías diabéticas y cáncer. Según algunas estimaciones, solo en Rusia hay más de 1000 centros médicos donde se usa la terapia con MMW, y el número de pacientes tratados supera los 250 mil por año [1]. A pesar del gran número de pacientes tratados con MMWT en la antigua Unión Soviética, esta modalidad de tratamiento es prácticamente desconocida para médicos y científicos occidentales. Las MMW pueden usarse como monoterapia o en combinación con otros métodos de tratamiento. Como terapia adjunta, se usan ampliamente para proteger el sistema inmunológico de los efectos tóxicos de la quimioterapia y radioterapia en el tratamiento del cáncer [3,7].

El régimen usual de tratamiento consiste en aplicaciones diarias de radiación MMW de baja potencia durante 15 a 30 minutos por 5 a 15 días. El dispositivo MW es típicamente un instrumento del tamaño de un libro que se coloca en contacto cercano con la superficie de la piel. El sitio de aplicación varía según la enfermedad tratada. Las heridas superficiales y enfermedades cutáneas se tratan generalmente en el sitio de la lesión. En el tratamiento de la artritis, el sitio de aplicación es la articulación afectada. En enfermedades internas, el sitio recomendado puede ser cualquiera de varios puntos anatómicos o de acupuntura. Un sitio común de aplicación es el extremo inferior del esternón [6].

En años recientes, se han publicado varios artículos sobre el efecto biológico de las ondas milimétricas, mostrando un interés creciente en su aplicación y en la comprensión de los mecanismos involucrados en la MMWT [8-13]. En general, el efecto de la MMWT en aplicaciones clínicas puede dividirse en tres grandes clases: (a) efectos sedantes y analgésicos, (b) acción antiinflamatoria y estimulante de la reparación, y (c) normalización del sistema inmunológico. Hay muchos reportes, principalmente en la literatura rusa, que indican que la MMWT produce tanto un aumento inespecífico como específico del sistema inmunológico [14,15]. Los cambios incluyen un aumento en la actividad fagocítica de los macrófagos [16], proliferación mejorada y normalización de la proporción de linfocitos T CD4+/CD8+ [17,18], y aumento en el número de linfocitos B y producción normalizada de inmunoglobulinas [17-19]. Generalmente se cree que los efectos beneficiosos de la MMWT en muchas enfermedades se deben a la potenciación de la respuesta inmune. En el tratamiento del cáncer, la MMWT se ha usado como monoterapia o en combinación con quimioterapia y radioterapia para aumentar la inmunidad y reducir los efectos tóxicos secundarios de estas terapias [3,7,20]. Nuestros estudios experimentales han demostrado que la MMWT puede reducir la diseminación de metástasis de melanoma [21]. En este breve artículo, revisamos el conocimiento actual sobre los efectos y mecanismos moleculares de la terapia con ondas milimétricas en la protección de las funciones inmunológicas frente a los efectos tóxicos de la quimioterapia. Específicamente, discutiremos el efecto de la MMWT en las funciones de células T, células NK y macrófagos, que constituyen las células más importantes en la lucha contra el cáncer.

Efecto de la MMWT en las Funciones de las Células T

Nuestros estudios han demostrado que la MMWT mejora la inmunidad mediada por células T. Se utilizó un ensayo de hipersensibilidad retardada (DTH) en piel de ratón para medir este efecto [22]. Se ha demostrado que el desarrollo de la reacción DTH en piel de ratón o humana involucra inmunidad dependiente de memoria, mediada por células T específicas para antígenos [23,24]. Además, hemos examinado si la MMWT puede modular la recuperación de células T tras supresión con ciclofosfamida (CPA), un fármaco anticancerígeno [25,26]. La CPA es un agente alquilante que puede impedir la división celular al entrecruzar el ADN, lo que conduce a la reducción del crecimiento tumoral [27,28]. Además de su efecto citotóxico en células tumorales, se sabe que la CPA tiene múltiples efectos en el sistema inmunológico, resultando en un agotamiento general de células inmunocompetentes [29]. Un efecto secundario importante de este fármaco en quimioterapia es la supresión de la inmunidad humoral y mediada por células T [30,31]. Entre los problemas asociados con la quimioterapia, la restauración de la inmunocompetencia es un tema crítico para proteger a los pacientes de infecciones secundarias [30]. Las células T impactan prácticamente todos los aspectos de la inmunidad debido a su capacidad para inducir respuestas inmunes específicas tanto en células T como B. Además, las células T juegan un papel importante en el proceso de restauración.

El funcionamiento de las células T puede dividirse en una fase de activación, en la que las células T se dividen y diferencian; y una fase efectora, en la que se expresa su función. Se han definido varias funciones efectoras básicas para las células T: las células T citotóxicas CD8+ matan directamente las células infectadas, mientras que las células T helper CD4+ (Th) pueden activar células B o macrófagos de maneras determinadas por las citoquinas que producen. Las citoquinas proinflamatorias, producidas por células Th1, como IFN-γ, activan macrófagos y células T citotóxicas; las citoquinas antiinflamatorias como IL-10 producidas por células Th2 activan células B. Nuestros estudios han demostrado que las MMW pueden restaurar la producción de IFN-γ y la proliferación de células T suprimidas por el tratamiento con CPA. Por el contrario, no se observaron cambios significativos en el nivel de IL-10 ni en la proliferación de células B. Estos resultados sugieren que las MMW aceleran el proceso de recuperación selectivamente a través de una respuesta inmune mediada por células T [25,26].

Las células T juegan un papel importante en la defensa contra células tumorales. Las células tumorales pueden suprimir las funciones de células dendríticas y macrófagos, haciéndolas incapaces de estimular y activar suficientemente a las células T [32]. Considerando la importancia de estas células, se han realizado estudios clínicos relacionados con inmunoterapia con células T activadas para varios tipos de tumores con resultados prometedores [33-35]. En vista de nuestros estudios que muestran que las MMW pueden restaurar funciones de células T suprimidas por quimioterapia, la terapia combinada debería ser muy útil en el tratamiento del cáncer.

Efecto de la Radiación de Ondas Milimétricas en las Células Natural Killer

Se sabe que las células NK matan una amplia variedad de células tumorales mientras preservan las células normales [36,37]. Las células NK representan una población distinta de linfocitos tanto en fenotipo como en función [38]. Tienen morfología de linfocitos grandes granulares y expresan receptores característicos en la superficie celular, como la proteína receptora NK1.1. Las células NK median resistencia a infecciones virales y al desarrollo de cáncer y exhiben actividad citotóxica no restringida por MHC (complejo mayor de histocompatibilidad) [39,40]. Por lo tanto, las células NK representan células efectoras principales de la inmunidad innata. Además, las células NK poseen una variedad de otras funciones, incluyendo la capacidad de producir varias citoquinas involucradas en la modulación de la hematopoyesis, respuestas inmunes y en la regulación de sus propias actividades [41-43].

Nuestros estudios [44] han mostrado que el tratamiento de ratones con CPA, un fármaco anticancerígeno, resultó en una supresión significativa de la actividad citolítica de las células NK. Fue interesante observar que la irradiación con MMW de ratones tratados con CPA aceleró la recuperación de la actividad de las células NK. Se demostró además que la irradiación con MMW aumentó significativamente la producción de TNF-α por células NK suprimidas por la administración de CPA. Esta observación apoya la idea de que el efecto inmunomodulador de la irradiación con MMW podría ser beneficioso cuando se usa en combinación con quimioterapia. Resultados similares sobre el efecto de las MMW en la actividad de células NK fueron reportados por Novoselova et al. [15], quienes estudiaron el efecto de las MMW en el sistema inmunológico en ratones con tumores experimentales. La irradiación con MMW causó un aumento significativo en la producción de TNF-α, óxido nítrico y actividad de células NK en la etapa temprana del desarrollo tumoral. También se ha demostrado que la irradiación con MMW puede restaurar la actividad de células NK esplénicas suprimida por estimulación eléctrica dolorosa de las extremidades traseras en ratas [45].

En los últimos años se han desarrollado varias inmunoterapias basadas en células NK [46]. Estas incluyen la activación de las células NK del paciente mediante la inyección de diferentes citoquinas como IL-1, IL-2, IL-12, IL-15 e IL-18, entre otras. La más comúnmente usada es IL-2 para inmunoterapia. Esta potencia la producción de IFN-γ mediada por células NK. El efecto antitumoral de IL-12 e IL-18 también está asociado con la regulación al alza de la producción de IFN-γ por células T y NK. Se ha demostrado que IFN-γ suprime la angiogénesis tumoral e induce apoptosis en una variedad de células tumorales activando receptores de muerte de la superfamilia TNF, incluyendo principalmente receptores de ligando FAS y TRAIL [46]. Sin embargo, existen varias limitaciones en el uso de citoquinas administradas exógenamente para el tratamiento del cáncer. La toxicidad de la administración sistémica de citoquinas y la apoptosis activada por citoquinas en células NK son dos limitaciones principales de las inmunoterapias mediadas por citoquinas. Estudios realizados por nosotros y otros han mostrado que la irradiación con ondas milimétricas aumenta la producción de IFN-γ, TNF-α, IL-2 y mejora la actividad citotóxica de células NK in vivo [44]. Por lo tanto, la inmunoterapia con MMW debería ofrecer una ventaja sobre la terapia con citoquinas administradas sistémicamente. Sin embargo, se necesitan más estudios experimentales y clínicos para confirmar este hallazgo.

Efecto de las Ondas Milimétricas en las Funciones de los Macrófagos

Los macrófagos son células fagocíticas mononucleares grandes importantes tanto en la inmunidad innata como en la mediada por células. Los macrófagos juegan un papel crítico en la defensa del huésped contra invasiones microbianas y células tumorales. La activación de macrófagos es importante para controlar muchos procesos clave del sistema inmunológico. Cuando están activados, los macrófagos producen especies reactivas de oxígeno y nitrógeno, radicales libres y TNF-α. El TNF-α fue descrito inicialmente como un factor secretado por macrófagos inducido por endotoxinas que causaba necrosis hemorrágica de células tumorales. Actualmente, el TNF-α es reconocido como una citoquina crítica que orquesta la diferenciación celular, activación, proliferación y supervivencia [47-50].

Nuestros estudios han demostrado que el tratamiento con CPA en ratones causa una fuerte disminución en la liberación espontánea de TNF-α por macrófagos peritoneales, que se restauró a niveles normales cuando los animales fueron irradiados con MMW [26]. Varios estudios han mostrado que las ondas milimétricas pueden activar macrófagos [51]. El papel de los macrófagos activados en la defensa contra células tumorales y en el tratamiento del cáncer ha sido estudiado extensamente [52]. Se ha reportado que los macrófagos pueden estar involucrados tanto en la destrucción de células tumorales como en la estimulación del desarrollo tumoral y metástasis [53]. Los macrófagos activados son capaces de reconocer, unirse y posteriormente matar células tumorales. Pueden distinguir entre células tumorales y normales basándose en diferencias en la composición celular. Varios estudios han mostrado que una mayor concentración de fosfatidilserina (PS) en la membrana externa de las células tumorales es uno de los factores responsables del reconocimiento específico y lisis o fagocitosis de células tumorales [52]. Se ha demostrado que la irradiación con MMW puede causar la externalización de PS en la capa externa de la membrana, lo que conduce a apoptosis [54]. Dado que la tasa de apoptosis depende de la concentración de PS en la capa externa de la membrana celular [55], la MMWT tiene un gran potencial para matar preferentemente células tumorales debido a la mayor acumulación de PS en su membrana celular.

Inhibición de la Resistencia a Fármacos por las MMW

Un problema importante en la terapia contra el cáncer es el desarrollo de resistencia tumoral a los fármacos quimioterapéuticos. El principal responsable involucrado en el desarrollo de la resistencia a fármacos es el factor nuclear NF-κB, un factor de transcripción que regula varios genes. Muchos estudios han demostrado que los agentes antineoplásicos pueden aumentar esta resistencia mediante la inducción de NF-κB. Hay amplia evidencia que indica que tanto la activación constitutiva como inducible de NF-κB puede proteger a las células tumorales de la apoptosis y así aumentar la quimiorresistencia [56-58]. Los informes anteriores sugieren que agentes que inhiben la activación de NF-κB inducida por fármacos quimioterapéuticos también pueden inhibir la resistencia tumoral a la quimioterapia. En apoyo a esta hipótesis, se ha demostrado que la inhibición de la actividad inducible de NF-κB reduce la resistencia tumoral a la quimioterapia [59,60].

Nuestros estudios han mostrado que la irradiación con MMW puede inhibir la activación de NF-κB inducida por CPA, un fármaco anticancerígeno [61]. Estos resultados sugieren que la terapia con MMW aplicada junto con quimioterapia puede reducir la resistencia tumoral a los agentes antineoplásicos. Los mecanismos mediante los cuales las MMW inhiben la activación de NF-κB inducida por fármacos aún deben ser elucidado.

Inhibición de la Metástasis Tumoral

Uno de los principales efectos secundarios de la quimioterapia es que, aunque los agentes anticancerígenos pueden reducir el crecimiento de tumores primarios, paradójicamente, también pueden aumentar la metástasis tumoral. En las dosis comúnmente usadas, la mayoría de los agentes anticancerígenos son inmunosupresores y por lo tanto pueden resultar en neoplasias secundarias. Por ejemplo, se ha reportado que la CPA puede aumentar la metástasis tumoral [62,63]. Un estudio reciente sugiere que el paclitaxel, un fármaco actualmente usado para muchas formas de cáncer, también podría aumentar la metástasis [64]. También se ha demostrado que muchos agentes antineoplásicos, incluyendo CPA, pueden reducir la actividad de células NK [65,66]. Además, se ha demostrado que una reducción en la actividad de células NK resulta en un aumento de la metástasis tumoral [67-69]. Dado que nuestros estudios han demostrado que la supresión de la actividad de células NK inducida por CPA puede ser restaurada por la terapia con MMW [44], hemos examinado además si las MMW pueden inhibir la metástasis tumoral aumentada por el pretratamiento con CPA. Para probar esto, usamos un modelo de ‘metástasis experimental’ en el que células de melanoma B16 fueron inyectadas por vía intravenosa en ratones sinogénicos C57BL/6 y se evaluó el desarrollo tumoral en los pulmones. El resultado de nuestros estudios mostró que la irradiación con MMW a 42.2 GHz puede reducir la metástasis aumentada por el tratamiento con CPA, sugiriendo que una combinación de MMW y quimioterapia puede ofrecer una nueva estrategia prometedora para reducir la metástasis en el tratamiento del cáncer.

Mecanismos Moleculares del Tratamiento con MMW

Creemos que los efectos biológicos de las MMW (profundidad de penetración menor a 1 mm en la piel) se inician por la activación de terminaciones nerviosas libres en la piel [70-73]. Luego, la señal se transmite al sistema nervioso central donde modula la actividad neural, resultando en el desarrollo de varios efectos biológicos, como la liberación de opioides endógenos. En apoyo a esto, se ha demostrado que los efectos hiperalgésicos de las MMW se anulan cuando los animales son tratados con naloxona, un bloqueador no específico de receptores opioides, antes de la irradiación con MMW [74]. Además, se ha reportado la participación de opioides endógenos en la supresión del crecimiento de melanoma por MMW [75].

En varios estudios de nuestro grupo, se ha demostrado que la irradiación con MMW puede inducir la liberación de opioides endógenos [76]. Hay suficiente evidencia de que los péptidos opioides pueden modular el sistema inmunológico. El objetivo del efecto de los opioides endógenos podría ser las células NK [77], las funciones citolíticas de las células T citotóxicas y el equilibrio de citoquinas Th1 y Th2 [78]. La alteración del equilibrio normal Th1/Th2 ocurre en varias enfermedades inmunológicas [79,80]. En un estudio reciente, hemos reportado que la inmunomodulación de células T por ondas milimétricas está mediada por opioides endógenos [81]. Sin embargo, se necesitan más estudios para determinar si los opioides endógenos están involucrados en los efectos observados de las MMW en otros componentes del sistema inmunológico suprimidos por el tratamiento farmacológico. Un estudio sistemático sobre el efecto combinado de CPA y MMW en la liberación de citoquinas en presencia o ausencia de naloxona y antagonistas selectivos de receptores opioides sería útil para delinear los mecanismos involucrados en la protección de las funciones inmunológicas por las MMW.

Conclusiones y Perspectivas

Los estudios revisados sugieren que la terapia con MMW puede servir como terapia adjunta para proteger las funciones inmunitarias innatas y adaptativas de los efectos adversos de la quimioterapia en el tratamiento del cáncer. Se necesitan estudios mecanicistas más profundos en experimentos animales y ensayos clínicos para valorar plenamente el valor de la terapia con ondas milimétricas en la terapia combinada de cánceres humanos. Específicamente, se deben realizar más estudios preclínicos para investigar el efecto de la MMWT en células T reguladoras, crecimiento tumoral, apoptosis tumoral, microambiente tumoral y angiogénesis tumoral. Además, se debe investigar más el efecto de las MMW en enzimas inflamatorias que se ha demostrado que aumentan el crecimiento tumoral y la metástasis (por ejemplo, ciclooxigenasa 2 y metaloproteinasa-9). Los resultados de estos estudios proporcionarán una base científica para que los médicos occidentales realicen ensayos clínicos en pacientes con cáncer.

Agradecimientos

Apoyo Financiero

Centro Nacional para Medicina Complementaria y Alternativa/ NIH, números de subvención PO1-AT2002025 y RO1-AT00492.

Referencia:

Mahendra K. Logani*, Mahendra K. Bhopale y Marvin C. Ziskin

Centro de Física Biomédica, Facultad de Medicina de la Universidad Temple, EE.UU.

Millimeter Wave and Drug Induced Modulation of the Immune System -Application in Cancer Immunotherapy