Indice Anterior Siguiente
Rev Cubana Oncol 2001;17(3):188-94

Formato PDF

Centro Nacional de Electromagnetismo Aplicado. Universidad de Oriente

La electroquimioterapia: una nueva alternativa terapéutica en la oncología

Lic. Héctor Camué Ciria1 y Dr. Demetrio Segura López2

Resumen

La electroquimioterapia es una nueva modalidad en el tratamiento de tumores que consiste en la combinación de agentes quimioterapéuticos con pulsos eléctricos locales, cortos e intensos. Los campos eléctricos aplicados inducen y/o activan poros en la membrana, que la desestabilizan transitoriamente, permitiendo de esta forma el aumento de la entrada de la droga a la célula y el reforzamiento de su actividad citotóxica. Esta modalidad terapéutica permite el empleo de las drogas en dosis más bajas y la reducción de los efectos colaterales que se aprecian con la quimioterapia convencional. Esta técnica ha sido utilizada de forma efectiva en estudios preclínicos y clínicos, mostrando ser eficaz en el tratamiento de tumores, independientemente del tipo histológico y su localización. Esta revisión resume parte de los estudios realizados hasta el momento y las posibilidades de utilización de esta modalidad terapéutica en la Oncología.

DeCS: QUIMIOTERAPIA COMBINADA; TERAPIA POR ESTIMULACION ELECTRICA/métodos; NEOPLASMAS; ENSAYOS CLINICOS/métodos; MEMBRANA CELULAR.

A pesar de los grandes avances obtenidos en el entendimiento de la Genética y la Biología molecular del cáncer, las estadísticas demuestran que esta terrible patología continúa siendo la segunda causa de muerte en Cuba y el mundo. Por esta razón, la comunidad científica se ha enfrascado en la búsqueda de nuevas formas de tratamiento del cáncer. Como resultado de estas investigaciones ha surgido la electroquimioterapia (EQT), una nueva terapia antitumoral introducida por M.Okino en 1987, la cual combina la administración de drogas citotóxicas poco permeables con pulsos eléctricos cortos, intensos y de carácter local. Este nuevo tratamiento tiene como objetivo fundamental facilitar la entrada y acumulación de estas drogas en el interior de células y tejidos tumorales, aumentando de esta forma su toxicidad.1,2 Esta nueva modalidad terapéutica se basa en el fenómeno de la electropermeabilización (EP), el cual ha sido utilizado para facilitar la introducción de colorantes,3 anticuerpos monoclonales,4 genes,5 en células y tejidos; así como para la fusión celular.6

En la actualidad, numerosos grupos de investigación han realizado diversos ensayos preclínicos y clínicos con excelentes resultados, en los cuales se ha evidenciado la efectividad de esta terapia. Estos ensayos han sido realizados fundamentalmente con bleomicin y cisplatino, 2 drogas citostáticas que actúan produciendo ruptura en el DNA y formando aductos del DNA,7,8 respectivamente, debido a que ambas poseen pobre difusión a través de la membrana, dada a su complejidad estructural.8-10

De una extensa revisión bibliográfica sobre las aplicaciones de la EQT, se resumen los aspectos que se consideran más importantes para al personal dedicado a la Oncología, conocer las características y utilidades de esta novedosa modalidad terapéutica en la especialidad y reflexionar sobre la factibilidad de introducirla en los servicios de Oncología en Cuba.

Mecanismo de acción

El mecanismo de acción de la EQT es bien conocido. En condiciones fisiológicas normales, el campo eléctrico en la membrana es de aproximadamente 105 V/cm; valor conocido como potencial transmembrana. Cuando se aplica un campo eléctrico por encima de este valor umbral, la membrana sufre cambios que producen variadas respuestas bioquímicas y fisiológicas, las cuales conllevan al incremento de la conductancia y la permeabilidad.11-13

El fenómeno de la E.P provoca la inducción de poros no selectivos en la membrana celular, de forma transitoria y reversible, sin afectar la viabilidad celular, con el consiguiente aumento de la permeabilidad.11 Este hecho permite la entrada más eficiente a las células de drogas citotóxicas que no difunden con facilidad a través de la membrana celular debido a su complejidad estructural o su peso molecular; aumentando de esta forma su toxicidad y reduciendo la dosis de aplicación.

La efectividad de esta terapia depende del número, amplitud, duración, forma, orientación y distribución de los pulsos aplicados al tumor.14-17 estos parámetros, adecuadamente seleccionados, permiten que la EP ocurra de forma reversible y permiten a la célula retornar a su estado fisiológico normal, luego de haber penetrado en la misma la mayor cantidad de droga en su mínima dosis.12 Todo esto conlleva a un aumento de la efectividad antitumoral de las drogas, unido a una reducción notable de sus efectos colaterales inducidos por estas en el paciente.18-20

Estudios in vitro

Los estudios in vitro han sido importantes en la determinación de los efectos de la EQT sobre la membrana celular; el análisis de la absorción y toxicidad de las drogas citostáticas empleadas, incluso en líneas celulares resistentes a la acción de determinados citostáticos; así como para la evaluación de la electrosensibilidad en diferentes líneas tumorales.12,21-23 Estos estudios han demostrado que la combinación de los pulsos eléctricos con las drogas citostáticas y/o agentes inmunomoduladores, debido al sinergismo que se establece entre los agentes aplicados, resulta ser más efectiva para el tratamiento de diversas líneas tumorales que si se aplican de forma independiente.

Estos hallazgos han sido corroborados a través de experimentos interesantes como los realizados por Kubota et al.,22 quienes realizaron estudios en cultivos de células de carcinoma YTS-1 y en vejiga de rata, combinando en ambos casos los pulsos eléctricos con bleomicin.

La evaluación absorción del citostático mostró que en los cultivos celulares tratados la concentración intracelular del citostático fue mucho mayor que en los cultivos no tratados, ya que absorbieron 2,5 veces mayor cantidad de dicha droga. Resultado similar obtuvo en vejiga de rata donde la absorción de esta droga resultó ser 2,7 veces mayor en los tratados con respecto a los no tratados.

Estas diferencias en cuanto a concentración intracelular ocurren debido a que existen drogas citostáticas cuya permeabilidad a través de la membrana, en condiciones normales, es muy deficiente. Por este motivo en los tratamientos convencionales de quimioterapia se deben administrar grandes cantidades para asegurar la eliminación efectiva de las células tumorales, lo que provoca la aparición de efectos colaterales no deseados. La EQT ayuda a reducir la dosis de la droga suministrada de forma significativa y en el caso particular del bleomicin, la citotoxicidad puede incrementarse hasta 700 veces, mientras que la cantidad aplicada puede ser entre 1/6 y 1/8 de la utilizada normalmente en la sesiones de quimioterapia convencional.23

Cemezar et al.24 realizaron un estudio muy interesante donde se evaluó el efecto de la EQT en 12 líneas de células tumorales diferentes (YTS-1,SA-1, HeLa, EAT, MCE7, MM46T, B16Fl, IGROV 1/DDP, entre otras), mediante la medición de la obsorción de Ioduro de propidio. En dicho estudio quedó demostrado que el fenómeno de EP ocurría en todas las líneas celulares estudiadas, pero los niveles de absorción fueron diferentes en cada una de ellas, lo que evidenció que cada línea tumoral posee una sensibilidad característica para los pulsos eléctricos recibidos, en otras palabras, cada tumor responde a los pulsos eléctricos en dependencia de su electrosensibilidad.

Todos estos resultados evidencian de una forma u otra que la mayor efectividad de la terapia o sea la máxima absorción de la droga suministrada (en su mínima dosis) se logra teniendo en cuenta el número, amplitud, duración, forma orientación y distribución de los pulsos aplicados a cada tumor.14-17

Estudios in vivo

A partir de los esperanzadores resultados obtenidos in vitro, se han realizado numerosos estudios in vivo donde se ha empleado la EQT combinada con drogas como el bleomicin y el cisplatino, mostrando ser muy efectiva.10,25-28 Este tipo de estudio ha permitido conocer el comportamiento de una serie de parámetros que no son posibles de cuantificar en los estudios in vitro, los cuales son importantes en el seguimiento de la respuesta del organismo a la terapia aplicada.

En sentido general, se han llevado a cabo diferentes estudios en este campo. Los estudios en que se han utilizados ratas y ratones como modelo biológico, han demostrado que la aplicación de los pulsos eléctricos luego de haber suministrado la droga, inhiben notablemente el crecimiento tumoral y al mismo tiempo reducen de forma sustancial el flujo sanguíneo al tumor, hecho comprobado mediante la técnica de resonancia magnética de imagen, lo que demuestra el incremento de la absorción por el tumor de la droga suministrada y el efecto antivascular de esta terapia.29-31 Precisamente, este efecto de la EQT sobre los vasos que alimentan al tumor, abre nuevas perspectivas con respecto a su uso ya que una de las actuales línea de estudio en la lucha contra el cáncer consiste en la reducción y/o interrupción del flujo sanguíneo al tumor para de esta forma evitar su crecimiento y expansión.32,33

Por otro lado, Serga et al.34 demostraron que la EQT tuvo un marcado efecto antitumoral al ser aplicada a diferentes modelos de tumores murinos; pero dicho efecto varió en dependencia del tipo de tumor. Este hallazgo corrobora de forma contundente la existencia de diferencia en cuanto a electrosensibilidad de los tumores, lo que permite asegurar que cada tipo de tumor posee un valor umbral de campo eléctrico por encima del cual la permeabilidad de la membrana aumenta notablemente.

Otros trabajos con estos modelos biológicos, en la rama de la Inmunología, han demostrado que la EQT con bleomicin potencia la actividad del TNF-a y producen un retardo del crecimiento tumoral significativamente prolongado, y la estimulación de la serie monocito//macrófago y linfocitos T, lo que incrementa la curabilidad de los tumores.35,36 Con la II-2 se han obtenido resultados similares.37 Por otro lado, se ha comprobado que la EQT con cisplatino, en organismos inmunocom-petentes, provoca un mayor retardo del crecimiento del tumor, hecho que no ocurre en los inmunodeficientes, lo que corrobora que el estado del sistema inmune del hospedero está involucrado en la cura, después del tratamiento.38

Otros estudios realizados en carcinoma colorrectal, carcinoma hepatocelular, cáncer de vejiga, leiomiosarcoma uterino,39-12 entre otros, han demostrado que la EQT resulta efectiva, incluso en el tratamiento de tumores localizados en órganos internos.

En el caso de los ensayos clínicos, diferentes investigadores han utilizado esta técnica en el tratamiento de pacientes con melanomas y otras lesiones metastásicas de la piel, demostrando su marcada efectividad.28,43-47 El estudio más completo ha sido realizado por Mir et al.,10 quienes realizaron ensayos clínicos en cinco institutos de Francia, EE.UU. y Eslovenia, dedicados a la investigación y tratamiento del cáncer, donde se aplicó la EQT con bleomicin a un total de 291 tumores cutáneos y subcutáneos (melanomas malignos, carcinomas basocelulares, adenocarcinomas y carcinomas de cabeza y cuello) en 50 pacientes. La respuesta clínica al tratamiento fue evaluada 30 días después de aplicado donde se obtuvo como resultado una respuesta clínica completa en 154 tumores y respuesta parcial en 79, con efectos colaterales adversos mínimos en los pacientes.

Por otro lado, Zhu et al.48 desarrollaron una tecnología para el tratamiento de cáncer de esófago. En un estudio trataron 15 pacientes en los cuales, por su estado, no se podía aplicar cirugía, quimioterapia ni radioterapia. Un total de 11 respondieron de forma positiva al tratamiento.

Lo más significativo de todos estos estudios in vivo es que han demostrado que la EQT es una modalidad terapéutica que no presenta marcados efectos colaterales adversos, permite reducir de manera considerable las dosis de las drogas citostáticas y/o agentes inmunomoduladores empleados en el tratamiento del paciente y su efectividad antitumoral se mantiene independientemente del tipo histológico del tumor tratado y su localización.

Todo lo anteriormente relacionado en este artículo permite afirmar que la EQT es un nuevo método basado en la electropermeabilización de células y tejidos de amplias posibilidades de uso en la Oncología, ya que permite aumentar la permeabilidad de las drogas con limitada difusión a través de la membrana celular, aumentando de esta forma su concentración intracelular y por ende su toxicidad; posee efectos vasculares asociados, los cuales acentúan su acción antitumoral y complementa la acción del sistema inmune.

Los estudios preclínicos han mostrado la eficacia de este método en varios modelos tumorales y los ensayos clínicos progresan, demostrando las amplias y variadas posibilidades de uso de esta terapia en pacientes con diferentes afecciones oncológicas.

No existe duda que la EQT muestra un gran potencial como terapia, sin embargo, no debe esperarse que esta terapia constituya una panacea. Existen algunas interrogantes por aclarar tales como: papel del sistema inmune, efectividad en el tratamiento de tumores metastásicos, efectos de la resistencia multidroga, las cuales necesitan de la realización de más investigaciones básicas para ser esclarecidas.

No obstante, el hecho de que se haya creado un tratamiento que incremente la eficacia drogas antitumorales y al mismo tiempo prácticamente elimine los efectos colaterales no deseados, es más que un paso de avance en el tratamiento del cáncer.

Summary

Electrochemotherapy is a new modality in treating tumors, which consists of the combination of chemotherapeutical agents with local, short intense electric pulses. The applied electrical field induce and/or activate pores in the cell membrane that temporarily destabilize it, thus allowing the increased intake of drug into the cell and is reinforced citotoxic activity. This therapeutical modality makes it possible to use lower dosage of drugs and to abate the side effects observed in conventional chemotherapy. This technique has been effectively used in pre-clinical and clinical research studies. It has proved to be effective in treating tumors, no matter their histological type and location. This review summarizes a part of the studies made so far and the possibilities of this therapeutical variant in Oncology.

Subject headings: DRUGTHERAPY, COMBINATION; ELECTRIC STIMULATION-THERAPY/methods; NEOPLASMS; CLINICAL TRIALS/methods; CELL MEMBRANE.

Referencias bibliográficas

  1. Mir LM, Orlowski S, Belehradek J, Paoletti C. Electrochemotherapy: Potentiation of antitumor effect of bleomycin by local electric pulses . Eur J Cancer 1991;27:68-72.
  2. Mir LM. Lzélectrochimiothérapie antitumorale. Bull Cancer 1994;81:740-8.
  3. Orlowski S, Mir LM. Cell electropermeabilization: a new tool for biochemical and farmacological studies. Biochim Biophys Acta 1993;1154:51-63.
  4. Lukas J, Bartek J, Strauss M. Efficient transfer of antibodies into mammalian cells by electroporation J Immunol Methods 1994;155:255-9.
  5. Neumann E, Kakorin S, Toensing K. Fundamentals of electroporarive delivery of drugs and genes. Bioelectrochem Bioenerg 1999;48:3-16.
  6. Wilmut I, Schenieke AE, McWhir J, Kind AJ, Campbell K. Viable offpring derived from fetal and adult mammalian cells. Nature 1997;385:810-3.
  7. Chu G. Cellular response to cisplatin. J Biol Chem 1994;14:787-90.
  8. Mir LM, Tounekti O, Orlowski S. Bleomycin: revival of an old drug. Gen Pharmac 1996;27:745-8.
  9. Melvik JE, Pettersen EO, Gordon PB, Selgen PO. Increase in cisdichlorodiammineplatinum (II) cytotoxicity upon reversible electropermeabilization of the plasma membrane in cultured on human NHIK 3025 cells. Eur J Cancer Clin Oncol 1996;22:1523-30.
  10. SerÓa G, Cemañar M, Miklavcic D. Antitumor effectiveness of electrochemotherapy with cis-dichlorodiammineplatinum (II) in mice. Cancer Res 1995;55:3450-5.
  11. Rols MP, Teissie J. Electropermeabilization of mammalian cells. Quantitative analysis of the phenomenon. Biophys J 1990;58:1089-98.
  12. Kotnik T, Macek-Lebar A, Miklavcic D, Mir LM. Evaluation of cell membrane electropermeabilization by means of a non permeant cytotocic agent. Bio Techiques 2000;28:921-6.
  13. Mir LM, Orlowski S, Belechradek J, Teissié J, Rols MP, SerÓa G, et al. Biomedical applications of electric pulses with special enphasis on antitumor electrochemotherapy. Bioelectrochem Bioenerg 1998;38:203-7.
  14. SerÓa G, Cemañar M, Òemrov D, Miklavcic D. Chamging electrode orientation improves the efficacy of electrochemotherapy of solid tumors in mice. Bioelectrochem Bioelectroenerg 1996;39:61-6.
  15. Miklavcic D, Beravs K, Òemrov D, cemañar M, DemÒar F, SerÒa G. The importance of electric field distribution for effective in vivo electroporation tissues. Biophys J 1998;74:2152-8.
  16. Beravs K, Òemrov D, Miklavcic D, SerÒa G, Cemañar M, Òupur D, et al. The effect of electrode geometry on the efficiency of electrochemotherapy: correlation with MRI electric current density imaging and computer simulation. 5th International Meeting on Magnetic Resonance in Medicine Congress 1997. Abstract Book. Vancouver: 1997:1981.
  17. Òemrov D, Miklavcic D. Calculation of the electrical parameters in electrochemotherapy of solid tumors in mice. Comp Biol Med 1998;28:439-48.
  18. Poddevin B, Orlowski S, Belehradek J, Mir LM. Very high cytotoxicity of bleomicyn introduced into the cytosol of cells in culture. Biochem Pharmacol 1991;42:S67-S75.
  19. Miklavcic D, Beravs K, Òemrov D, Cemañar M, DemÒar F, SerÒa G. The importance of electric field distribution for effective in vivo electroporation of tissue. Biophys J 1998;74:2152-8.
  20. Mir LM, Glass LF, SerÒa G, Teissié J, Domenge C, Miklavcic D, et al. Effective treatment of cutaneous and subcutaneous malignant tumors by electrochemotherapy. Br J Cancer 1998;77:2336-42.
  21. Cemañar M, Miklavcic D, Leon B, Mir LM, Belehradek J, Bonnay M. The role of electroporation in treatment of two cisplatin resistant tumor cell lines in vitro. 4th European Bioelectromagnetics Association (EBEA) Congress 1998. Abstract Book. Zagreb:1998:31.
  22. Kubota Y, Nakada T, Yanai H, Kakizati H, Sasagawa I, Watanabe M. Electropermeabilization in bladder cancer chemoterapy. Cancer Chemoth Pharmacol 1996;39:67-70.
  23. Cemañar M, Jarm T, Miklavcic D, Macek-Lebar A, Ihan A, Andreja N, et al. Effect of electric-field intensity on electropermeabilization and electrosensitivity of various tumor cell lines in vitro. Electro Magnetobiol 1998;17:263-72.
  24. Dev SB. Killing cancer cells with a combination of pulsed electric fields and chemotherapeutic agents. Cancer Watch 1994;3:12-4.
  25. Heller R, Jaroszeski M, Glass L, Messina L, Rapaport D, DeConti R, et al. Phase I/II trial for the treatment of cutaneous and subcutaneous tumors using electrochemotherapy. Cancer 1996;77:964-71.
  26. Rudolf Z, Òtabuc B, Cemañar M, Miklavcic D, Vodovnik L, SerÒa G, Electrochemotherapy with bleomycin: The first clinical experience in malignant melanoma patients. Radiol Oncol 1995;29:229-35.
  27. Kubota Y, Nakada T, Yanai H, Itoh K, Sasagawa I, Kawai K. Histological evaluation of the effects of electropermeabilization after a-dministration of bleomycin on bladder cancer in the rat. Eur Urol 1998;34:372-6.
  28. SerÓa G, Òtabuc B, Cemañar M, Miklavcic D, Rudolf Z. Electrochemotherapy with cisplatin: clinical experiences in malignant melanoma patients. Clin Cancer Res 2000;6:863-7.
  29. SerÒa G, Cemañar M, Miklavcic D, Chaplin DJ. Tumor blood flow modifiying effect of electrochemotherapy with bleomycin. Anticancer Res 1999;19:1-6.
  30. SerÓa G, Beravs K, Cemañar M, Miklavcic D, DemÒar F. Contrast enhanced MRI assessment of tumor blood volume after application of electric pulses. Electro Magnetobiol 1998;17:299-306.
  31. SerÒa G, Cemañar M, Parkins C, Chaplin DJ. Tumor blood flow changes induced by application of electric pulses. Eur J Cancer 1999;35:672-7.
  32. Chaplin DJ, Hill S, Bell K, Tozer G. Modification of tumor tumor blood flow: current status and future directions. Semin Radiat Oncol 1998;8:151-63.
  33. Zetter B. Angiogenesis and tumor metastasis. Annu Rev Med 1998;49:407-24.
  34. SerÒa G, Cemañar M, Miklavcic D, Mir LM. Electrochemotherapy: variable antitumor effect on different tumor models. Bioelectrochem Bioenerg 1994;35:23-7.
  35. Cemañar M, Menart V, Gaverc V, Miklavcic D. Potentiation of antitumor effectiveneses of electrochemotherapy by TNF-” on Sa-1 tumors in mice. 9th International Conference on Mechanics in Medicine and Biology 1996, Ljubljana, Abstract Book, 1996:319.
  36. SerÓa G, Kotnik V, Cemañar M, Miklavcic D, Kotnik A. Electrochemotherapy with bleomycin in Sa-1 tumor-bearing mice-natural resistance and immune responsiveness. Anticancer Drugs 1996;7:785-91.
  37. Mir LM, Orlowski S, Poveddin B, Belehradek J. Electrochemotherapy tumor treatment is improved by interleukin-2 stimulation of the host´s defenses. Eur Citokine Network 1992;3:331-4.
  38. SerÒa G, Miklavcic D, Cemañar M, Belehradek J, Mir LM. Electrochemotherapy with cisplatin: comparison of antitumor effects in immunocompetent and immunodeficient mice. 9th International Conference on Mechanics in Medicine and Biology 1996; Abstract Book Ljubljana, 1996:303.
  39. Kuriyama S, Mitoro A, Tsujinoue H, Toyokawa Y, Nakatani T, Yoshiji H, et al. Electrochemotherapy can eradicate established colorectal carcinoma and leaves a systemic protective memory in mice. Int J Oncol 2000;16:979-85.
  40. Jaroszoski MJ, Coppola D, Pottinger C, Benson K, Gilbert RA, Hollor R. Treatment of hepatocellular carcinoma in a rat model using electrochemotherapy. Eur J Cancer 2001;37:422-30.
  41. Ogihara M, Yamaguchi O. Potentiation of effects of anticancer agents by local electric pulses in murine bladder cancer. Urol Res 2000;28:391-7.
  42. Horiuchi A, Nikaido T, Mitsushita J, Toki T, Konishi I, Fujii S. Enhancement of antitumor effect of bleomycin by low-voltage in vivo electroporation: study of human uterine leiomyosarcomas in nude mice. Int J Cancer 2000;88:640-4.
  43. Kubota Y, Mir LM, Nakada T, Sasagawa I, Zusuki H, Aoyama N. Successful treatment of metastasic skin lesions with electrochemotherapy . J Urol 1998;160:146.
  44. SerÒa G, Cufer T, Cemañar M, Rebersek M, Jancar B, Zvonimir R. Electrochemotherapy with bleomicin in the treatment of hypernefroma metastasis: case report and literature review. Tumori 2000;86:163-5.
  45. SerÓa G, Òtabuc B, Cemañar M, Jancar B, Miklavcic D, Rudolf Z. Electrochemotherapy with cisplatin: potentiation of local cisplatin antitumor effectiveness by application of electric pulses in cancer patients. Eur J Cancer 1998;34:1213-8.
  46. Gehl J, Geertsen PF. Efficient palliation of haemorrhaging malignant melanoma skin metastases by electrochemotherapy. Melanoma Res 2000;10:585-9.
  47. Rols MP, Bachaud JM, Giraud P, Chevreau C, Roche H, Teissie J. Electrochemotherapy of cutaneous metastases in malignant melanoma. Melanoma Res 2000;10:468-74.
  48. Zhu F, Lin J, Tan S, Zhou Y. Development of the pulse electrochemotherapy system and application for treatment. 19th International Conference IEEE/EMBS 1997;Chicago:Proceedings; 1997;2424-6. }

Recibido: 21 de junio del 2001. Aprobado: 2 de noviembre del 2001.
Lic. Héctor Camué Ciria. Centro Nacional de Electromagnetismo Aplicado Universidad de Oriente, Santiago de Cuba, CP 90400, Cuba (E-mail:camue@cnea.uo.edu.cu).

1 Licenciado en Biología. Centro Nacional de Electromagnetismo aplicado.
2 Especialista de I Grado en Oncología. Hospital Oncológico “Conrado Benítez”. Santiago de Cuba.

Indice Anterior Siguiente