Los nanoingenieros de la Universidad de California en San Diego han desarrollado nanopartículas que imitan a las células inmunes que se dirigen a la inflamación en los pulmones y administran los medicamentos directamente donde se necesitan. Como prueba de concepto, los investigadores llenaron las nanopartículas con el fármaco dexametasona y se las administraron a ratones con tejido pulmonar inflamado. La inflamación se trató por completo en ratones que recibieron las nanopartículas, a una concentración de fármaco en la que los métodos de administración estándar no tuvieron ninguna eficacia.

Los investigadores informaron sus hallazgos en Avances de la ciencia el 16 de junio.

Lo especial de estas nanopartículas es que están recubiertas de una membrana celular que ha sido diseñada genéticamente para buscar y unirse a las células pulmonares inflamadas. Son las últimas en la línea de las llamadas nanopartículas recubiertas de membranas celulares que han sido desarrolladas por el laboratorio del profesor de nanoingeniería de UC San Diego, Liangfang Zhang. Su laboratorio ha utilizado previamente nanopartículas recubiertas de membranas celulares para absorber las toxinas producidas por MRSA; tratar la sepsis; y entrenar al sistema inmunológico para combatir el cáncer. Pero si bien estas membranas celulares anteriores se derivaron naturalmente de las células del cuerpo, las membranas celulares utilizadas para recubrir esta nanopartícula llena de dexametasona no lo eran.

"En este papel, Usamos un enfoque de ingeniería genética para editar las proteínas de la superficie de las células antes de recolectar las membranas. Esto avanzó significativamente nuestra tecnología al permitirnos sobreexpresar con precisión ciertas proteínas funcionales en las membranas o eliminar algunas proteínas indeseables. "dijo Zhang, quien es un autor principal del artículo.

Joon Ho Park, estudiante de posgrado en el laboratorio de Zhang y primer autor del artículo, dijo que los investigadores notaron que cuando las células endoteliales se inflaman, sobreexpresan una proteína llamada VCAM1, cuyo propósito es atraer células inmunes al sitio de la inflamación. En respuesta, las células inmunes expresan una proteína llamada VLA4, que busca y se une a VCAM1.

"Diseñamos membranas celulares para expresar la versión completa de VLA4 todo el tiempo, ", dijo Park." Estas membranas sobreexpresan constantemente VLA4 para buscar VCAM1 y el sitio de la inflamación. Estas membranas celulares diseñadas permiten que la nanopartícula encuentre los sitios inflamados, y luego libera el medicamento que está dentro de la nanopartícula para tratar el área específica de inflamación ".

Si bien la nanopartícula no mejorará directamente la eficacia del fármaco, en este caso dexametasona, su concentración en el sitio de interés puede significar que se requiere una dosis más baja. Este estudio mostró que la dexametasona se acumuló en el sitio de interés en niveles más altos, y mas rapido, que los enfoques estándar de administración de fármacos.

"Estamos entregando exactamente el mismo medicamento que se usa en la clínica, pero la diferencia es que estamos concentrando las drogas en el punto de interés, ", dijo Park." Al hacer que estas nanopartículas se dirijan al sitio de la inflamación, significa que una porción más grande del medicamento terminará donde se necesite, y no ser eliminado por el cuerpo antes de que pueda acumularse y ser eficaz ".

Los investigadores señalan que este enfoque de membrana celular modificada genéticamente es una tecnología de plataforma que, en teoría, puede usarse para atacar no solo la inflamación en otras áreas del cuerpo (VCAM1 es una señal universal de inflamación), sino también casos de uso mucho más amplios.

"Esta es una plataforma versátil, no solo para la inflamación de los pulmones, sino para cualquier tipo de inflamación que regule al alza VCAM1, "dijo Park." Esta tecnología se puede generalizar; esta nanopartícula recubierta de membrana celular diseñada no tiene que sobreexpresar VLA4, podría cambiarse por otra proteína que pueda apuntar a otras áreas del cuerpo o lograr otros objetivos ".

Diseñar las membranas celulares para sobreexpresar la proteína VLA4, Park y el equipo comienzan empaquetando genes VLA4 en un vector viral. Luego insertan este vector viral reprogramado en células hospedadoras cultivadas en laboratorio derivadas de ratones. Las células incorporan los genes que lleva el vector viral a su propio genoma y, como resultado, producen membranas que sobreexpresan constantemente VLA4.

El siguiente paso de los investigadores es estudiar el proceso utilizando membranas celulares humanas, en lugar de membranas celulares de ratones, que están diseñados para expresar la versión humana de VLA4. Todavía se necesitan muchos pasos antes de que la tecnología pueda probarse en ensayos clínicos en humanos. pero los investigadores dicen que estos primeros resultados de la tecnología de la plataforma son alentadores.

"Al aprovechar las técnicas de edición de genes establecidas, este estudio lleva las nanopartículas recubiertas de membranas celulares a un nuevo nivel y abre nuevas oportunidades para la administración de fármacos dirigida y otras aplicaciones médicas ", concluido por Zhang.