Muchas enfermedades son causadas por defectos en las vías de señalización de las células del cuerpo. En el futuro, Las nanocápsulas bioactivas podrían convertirse en una herramienta valiosa para que la medicina controle estas vías. Investigadores de la Universidad de Basilea han dado un paso importante en esta dirección:han logrado que varias nanocápsulas diferentes trabajen en conjunto para amplificar una cascada de señalización natural e influir en el comportamiento celular.

Las células se comunican constantemente entre sí y tienen formas de captar señales y procesarlas, de manera similar a los humanos que necesitan oídos para escuchar sonidos y conocimiento del lenguaje para procesar su significado. El control de las vías de señalización propias de la célula es de gran interés para la medicina para tratar diversas enfermedades.

Un equipo de investigación del Departamento de Química de la Universidad de Basilea y del NCCR Molecular Systems Engineering desarrolla materiales bioactivos que podrían ser adecuados para este propósito. Lograr esto, los investigadores dirigidos por la profesora Cornelia Palivan combinan nanomateriales con moléculas y células naturales.

En el diario ACS Nano , ahora informan cómo las nanocápsulas cargadas con enzimas pueden ingresar a las células e integrarse en sus procesos de señalización nativos. Al acoplar funcionalmente varias nanocápsulas, son capaces de amplificar una vía de señalización natural.

Protegiendo la carga

Para proteger las enzimas de la degradación en un entorno celular, el equipo de investigación las cargó en pequeñas cápsulas poliméricas. Las moléculas pueden entrar en el compartimento a través de poros biológicos insertados específicamente en su pared sintética y reaccionar con las enzimas del interior.

Los investigadores realizaron experimentos con nanocápsulas que albergan diferentes enzimas que trabajaron en conjunto:el producto de la primera reacción enzimática entró en una segunda cápsula y comenzó la segunda reacción en el interior. Estos nanocapsulados podrían permanecer operativos durante días y participaron activamente en reacciones naturales en células de mamíferos.

Pequeños altavoces y oídos

Una de las muchas señales que las células reciben y procesan es el óxido nítrico (NO). Es un mecanismo celular bien estudiado ya que los defectos en la vía de señalización del NO están involucrados en la aparición de enfermedades cardiovasculares. pero también en distrofias musculares y retinianas. La vía abarca la producción de NO por una familia de enzimas llamadas óxido nítrico sintasas (NOS). El NO puede luego difundirse a otras células donde es detectado por otra enzima llamada guanilato ciclasa soluble (sGC). La activación de sGC inicia una reacción en cascada, regular una plétora de procesos diferentes, como la relajación del músculo liso y el procesamiento de la luz por las células sensoriales, entre otros.

Los investigadores liderados por Palivan produjeron cápsulas que albergan NOS y sGC, que están presentes de forma natural en las células, pero a concentraciones mucho más bajas:las cápsulas NOS, produciendo NO, actuar de manera similar a los altavoces, 'gritar' su señal alto y claro; las cápsulas sGC, actuar como 'oídos, 'detectar y procesar la señal para amplificar la respuesta.

Usando la concentración intracelular de calcio, que depende de la acción de sGC, como indicador, los científicos demostraron que la combinación de cápsulas cargadas con NOS y sGC hace que las células sean mucho más reactivas, con un aumento de 8 veces en el nivel de calcio intracelular.

Una nueva estrategia para la terapia de reemplazo enzimático

"Es una nueva estrategia para estimular tales cambios en la fisiología celular mediante la combinación de nanociencia con biomoléculas, "comenta la Dra. Andrea Belluati, el primer autor del estudio. "Solo tuvimos que incubar nuestras cápsulas cargadas de enzimas con las células, y estaban listos para actuar en cualquier momento ".

"Esta prueba de concepto es un paso importante en el campo de la terapia de reemplazo enzimático para enfermedades en las que las vías bioquímicas funcionan mal, como enfermedades cardiovasculares o varias distrofias, "agrega Cornelia Palivan.