Un nuevo nanocontainer puede enviar terapias génicas y medicamentos del tamaño de un titán a las células

Los científicos informan que han creado un pequeño recipiente de tamaño nanométrico que puede deslizarse dentro de las células y administrar medicamentos a base de proteínas y terapias génicas de cualquier tamaño, incluso los más fuertes conectados a la herramienta de edición de genes llamada CRISPR.

Los científicos de Johns Hopkins Medicine informan que han creado un pequeño recipiente de tamaño nanométrico que puede deslizarse dentro de las células y administrar medicamentos a base de proteínas y terapias genéticas de cualquier tamaño, incluso los más fuertes conectados a la herramienta de edición de genes llamada CRISPR. Si su creación, construida con un polímero biodegradable, pasa más pruebas de laboratorio, podría ofrecer una manera de transportar eficientemente compuestos médicos más grandes en células objetivo específicamente seleccionadas.

"La mayoría de los medicamentos se extienden por todo el cuerpo de manera indiscriminada y no se dirigen a una célula específica", dice el ingeniero biomédico Jordan Green, líder del equipo de investigación. "Algunos medicamentos, como los anticuerpos, se adhieren a los objetivos en los receptores de la superficie celular, pero no tenemos buenos sistemas para administrar medicamentos biológicos directamente al interior de una célula, que es donde las terapias tendrían la mejor oportunidad de funcionar correctamente y con menos efectos secundarios".

Muchos científicos académicos y comerciales han buscado durante mucho tiempo mejores sistemas de tránsito para las terapias, dice Green, profesor de ingeniería biomédica, oftalmología, oncología, neurocirugía, ciencia e ingeniería de materiales e ingeniería química y biomolecular en la Facultad de medicina de la Universidad Johns Hopkins, y miembro del Instituto Bloomberg Kimmel para la inmunoterapia del cáncer en Johns Hopkins.

Algunas técnicas disponibles comercialmente utilizan formas reducidas de virus, conocidas por su capacidad de "infectar" las células directamente, para administrar terapias, aunque las versiones no infecciosas de estos sistemas de administración pueden desencadenar una respuesta no deseada del sistema inmunitario. Otras terapias dirigidas a las células sanguíneas enfermas, por ejemplo, son más engorrosas y requieren que se extraiga la sangre de los pacientes, luego se eliminan con una corriente eléctrica que abre los poros en la membrana celular para entrar.

El contenedor de tamaño nanométrico que Green y su equipo desarrollaron en Johns Hopkins toma prestada una idea de las propiedades de los virus, muchos de los cuales tienen una forma casi esférica y tienen cargas negativas y positivas. Con una carga general más neutral, los virus pueden acercarse a las células. Ese no es el caso con muchos medicamentos biológicos, que consisten en proteínas grandes y ácidos nucleicos altamente cargados que tienden a repeler las células.

Para superar esto, el estudiante graduado Yuan Rui desarrolló un nuevo material polimérico biodegradable. Polímero es el término general para una sustancia compuesta de muchas moléculas. Para hacer el polímero, Rui juntó, como las ramas de un árbol, moléculas de cuatro componentes que, con el tiempo, se descomponen y se disuelven en agua. Las moléculas contienen cargas positivas y negativas.

Con un equilibrio de cargas positivas y negativas, las moléculas empujan y tiran de acuerdo con su carga y sus átomos de hidrógeno se unen con una terapia biológica en las proximidades. El resultado es una nanoestructura que contiene la terapia biológica. Las cargas positivas del contenedor de tamaño nanométrico interactúan con la membrana de una célula, y el contenedor está envuelto en un paquete celular llamado endosoma.

Una vez dentro, el recipiente de tamaño nanométrico rompe el endosoma y los polímeros se degradan, dejando que el medicamento funcione dentro de la célula. Para probar su invención, Rui fabricó un nanocontenedor de una pequeña proteína y la alimentó a las células renales de ratón en platos de cultivo. Pegó una etiqueta verde fluorescente a la pequeña proteína y vio salpicaduras de color verde brillante en la mayoría de las células, lo que indica que la proteína se entregó con éxito.

Luego, Rui empaquetó una proteína más grande: la inmunoglobulina humana, una terapia que generalmente se usa para fortalecer el sistema inmunitario y un modelo para las terapias con anticuerpos. Esta vez, descubrió que el 90% de las células renales que trató se iluminaron con la etiqueta verde fluorescente adherida a la inmunoglobulina.

"Cuando las nanopartículas entran en una célula, a menudo son secuestradas en los endosomas, lo que degrada su contenido, pero nuestros experimentos muestran que los paquetes de proteínas se extienden de manera uniforme en la mayoría de las células y no están atrapados en los endosomas", dice Rui.

Para un desafío aún mayor, Rui creó un nanopaquete que contiene un complejo de proteína y ácido nucleico basado en CRISPR que podría apagar una señal de fluorescencia verde o hacer que las células brillen en rojo cuando el compuesto CRISPR corta parte del genoma de una célula. Los investigadores vieron que la edición de genes para desactivar un gen funcionó en hasta el 77% de las células cultivadas en el laboratorio y para agregar o reparar un gen en aproximadamente el 4% de las células.

"Eso es bastante efectivo teniendo en cuenta que, con otros sistemas de edición de genes, es posible que obtenga el resultado correcto de corte de genes en menos del 10 por ciento de las veces", dijo Rui. Las terapias basadas en CRISPR tienen el potencial de hacer que los medicamentos sean mucho más precisos con su capacidad para atacar con precisión los defectos genéticos que contribuyen a la enfermedad. Algunas terapias CRISPR se están probando en ensayos clínicos.

En un experimento final, Rui y sus colegas implantaron células de cáncer cerebral en el cerebro de los ratones. Rui inyectó los nanocontenedores con componentes de edición de genes directamente en los cerebros de los ratones y analizó sus células en busca de un resplandor rojo que indica una edición de genes exitosa. Finalmente encontró células de cáncer cerebral que brillaban rojas a varios milímetros de donde las inyectó.

"Cuando comencé este proyecto por primera vez hace cinco años, los científicos no creían que se pudiera usar algo más que un virus para administrar estas terapias en las células", dice Rui. "El desarrollo de nuevas tecnologías puede ayudarnos a comprender más sobre la enfermedad, pero también más sobre hacer nuevas drogas ".

Rui y Green están tratando de hacer que los nanocontenedores sean más estables para que puedan inyectarse en el torrente sanguíneo y dirigirse a las células con ciertas firmas genéticas.   @mundiario