Muchos científicos están buscando formas de tratar enfermedades mediante la entrega de ADN o ARN que pueden activar o desactivar un gen. Sin embargo, Un obstáculo importante para el progreso en este campo ha sido encontrar formas de entregar de forma segura ese material genético a las células correctas.

Encapsular hebras de ARN o ADN en partículas diminutas es un enfoque prometedor. Para ayudar a acelerar el desarrollo de tales vehículos de administración de medicamentos, un equipo de investigadores del MIT, Georgia Tech, y la Universidad de Florida ha ideado una forma de probar rápidamente diferentes nanopartículas para ver a dónde van en el cuerpo.

"La administración de medicamentos es un obstáculo realmente importante que debe superarse, "dice James Dahlman, un ex estudiante de posgrado del MIT que ahora es profesor asistente en Georgia Tech y autor principal del estudio. "Independientemente de sus mecanismos biológicos de acción, todas las terapias genéticas necesitan una administración de fármacos segura y específica al tejido al que se desea dirigir ".

Este enfoque, descrito en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias la semana del 6 de febrero, podría ayudar a los científicos a orientar las terapias genéticas a lugares precisos del cuerpo.

"Podría usarse para identificar una nanopartícula que va a un lugar determinado, y con esa información podríamos desarrollar la nanopartícula con una carga útil específica en mente, "dice Daniel Anderson, profesor asociado en el Departamento de Ingeniería Química del MIT y miembro del Instituto Koch de Investigación Integrativa del Cáncer del MIT y del Instituto de Ingeniería Médica y Ciencia (IMES).

Los autores principales del artículo son Anderson; Robert Langer, el profesor del Instituto David H. Koch del MIT y miembro del Instituto Koch; y Eric Wang, profesor de la Universidad de Florida. Otros autores son el estudiante de posgrado Kevin Kauffman, los recién graduados del MIT Yiping Xing y Chloe Dlott, Taylor Shaw, estudiante del MIT, y el asistente técnico del Instituto Koch, Faryal Mir.

Dirigirse a la enfermedad

Encontrar una forma confiable de administrar ADN a las células diana podría ayudar a los científicos a darse cuenta del potencial de la terapia génica, un método para tratar enfermedades como la fibrosis quística o la hemofilia mediante la entrega de nuevos genes que reemplazan las versiones faltantes o defectuosas. Otro enfoque prometedor para las nuevas terapias es la interferencia de ARN, que se puede utilizar para desactivar genes hiperactivos bloqueándolos con hebras cortas de ARN conocidas como siRNA.

La entrega de este tipo de material genético a las células del cuerpo ha resultado difícil, sin embargo, porque el cuerpo ha desarrollado muchos mecanismos de defensa contra material genético extraño como los virus.

Para ayudar a evadir estas defensas, El laboratorio de Anderson ha desarrollado nanopartículas, incluyendo muchos hechos de moléculas grasas llamadas lípidos, que protegen el material genético y lo llevan a un destino en particular. Muchas de estas partículas tienden a acumularse en el hígado, en parte porque el hígado es responsable de filtrar la sangre, pero ha sido más difícil encontrar partículas que tengan como objetivo otros órganos.

"Nos hemos vuelto buenos en la entrega de nanopartículas en ciertos tejidos, pero no en todos, Anderson dice:"Tampoco hemos descubierto realmente cómo la química de las partículas influye en la orientación a diferentes destinos".

Para identificar candidatos prometedores, El laboratorio de Anderson genera bibliotecas de miles de partículas, variando rasgos como su tamaño y composición química. Luego, los investigadores prueban las partículas colocándolas en un tipo de célula en particular, cultivado en una placa de laboratorio, para ver si las partículas pueden entrar en las células. Luego, los mejores candidatos se prueban en animales. Sin embargo, este es un proceso lento y limita el número de partículas que se pueden probar.

"El problema que tenemos es que podemos hacer muchas más nanopartículas de las que podemos probar, "Dice Anderson.

Para superar ese obstáculo los investigadores decidieron agregar "códigos de barras, "que consta de una secuencia de ADN de unos 60 nucleótidos, a cada tipo de partícula. Después de inyectar las partículas en un animal, los investigadores pueden recuperar los códigos de barras de ADN de diferentes tejidos y luego secuenciar los códigos de barras para ver qué partículas terminaron dónde.

"Lo que nos permite hacer es probar muchas nanopartículas diferentes a la vez dentro de un solo animal, "Dice Dahlman.

Seguimiento de partículas

Los investigadores primero probaron partículas que se había demostrado previamente que se dirigían a los pulmones y al hígado, y confirmó que fueron a donde se esperaba.

Luego, Los investigadores examinaron 30 nanopartículas de lípidos diferentes que variaban en un rasgo clave:la estructura de un componente conocido como polietilenglicol (PEG), un polímero que a menudo se agrega a los medicamentos para aumentar su longevidad en el torrente sanguíneo. Las nanopartículas de lípidos también pueden variar en su tamaño y otros aspectos de su composición química.

Cada una de las partículas también se marcó con uno de los 30 códigos de barras de ADN. Al secuenciar códigos de barras que terminaron en diferentes partes del cuerpo, los investigadores pudieron identificar partículas que tenían como objetivo el corazón, cerebro, útero, músculo, riñón, y páncreas, además de hígado y pulmón. En estudios futuros, planean investigar qué hace que las diferentes partículas se concentren en diferentes tejidos.

Los investigadores también realizaron más pruebas en una de las partículas, que se dirige al hígado, y descubrió que podía administrar con éxito ARNip que desactiva el gen de un factor de coagulación de la sangre.

Víctor Koteliansky, director del Centro Skoltech de Genómica Funcional, describió la técnica como una forma "innovadora" de acelerar el proceso de identificación de nanopartículas prometedoras para entregar ARN y ADN.

"Encontrar una buena partícula es un evento muy raro, por lo que necesita filtrar muchas partículas. Este enfoque es más rápido y puede brindarle una comprensión más profunda de dónde irán las partículas en el cuerpo, "dice Kotelianksy, que no participó en la investigación.

Este tipo de pantalla también podría usarse para probar otros tipos de nanopartículas, como las fabricadas a partir de polímeros. "Realmente esperamos que otros laboratorios en todo el país y en todo el mundo prueben nuestro sistema para ver si les funciona, "Dice Dahlman.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.