Por primera vez, un equipo interdisciplinario de la Universidad de Basilea ha logrado integrar orgánulos artificiales en las células de embriones vivos de pez cebra. Este enfoque innovador que utiliza orgánulos artificiales como implantes celulares ofrece un nuevo potencial en el tratamiento de una variedad de enfermedades. como informan los autores en un artículo publicado en Comunicaciones de la naturaleza .

En las células de organismos superiores, Los orgánulos como el núcleo o las mitocondrias realizan una serie de funciones complejas necesarias para la vida. En las redes del Swiss Nanocience Institute y el NCCR "Molecular Systems Engineering", el grupo dirigido por la profesora Cornelia Palivan del Departamento de Química de la Universidad de Basilea está trabajando para producir orgánulos de este tipo en el laboratorio, para introducirlos en las células, y para controlar su actividad en respuesta a la presencia de factores externos (por ejemplo, cambio en los valores de pH o condiciones reductoras).

Estos implantes celulares podrían, por ejemplo, portan enzimas capaces de convertir un ingrediente farmacéutico en el principio activo y liberarlo "a demanda" en condiciones específicas. Administrar medicamentos de esta manera podría reducir considerablemente tanto las cantidades utilizadas como los efectos secundarios. Permitiría que el tratamiento se administre solo cuando lo requieran los cambios asociados con las condiciones patológicas (por ejemplo, un tumor).

Pequeñas cápsulas con carga enzimática.

Los orgánulos artificiales se basan en pequeñas cápsulas que se forman espontáneamente en solución a partir de polímeros y pueden contener varias macromoléculas como enzimas. Los orgánulos artificiales presentados aquí contenían una enzima peroxidasa que solo comienza a actuar cuando moléculas específicas penetran en la pared de las cápsulas y apoyan la reacción enzimática.

Para controlar el paso de sustancias, los investigadores incorporaron proteínas de membrana naturales químicamente modificadas en la pared de las cápsulas. Estos actúan como puertas que se abren según la concentración de glutatión en la célula.

Con un valor de glutatión bajo, el poro de las proteínas de la membrana está "cerrado", es decir, ninguna sustancia puede pasar. Si la concentración de glutatión se eleva por encima de cierto umbral, la compuerta de proteínas se abre y las sustancias del exterior pueden pasar a través del poro hacia la cavidad de la cápsula. Allí, son convertidos por la enzima del interior y el producto de la reacción puede salir de la cápsula a través de la puerta abierta.

También es eficaz en organismos vivos.

En colaboración con el grupo dirigido por el profesor Jörg Huwyler del Departamento de Ciencias Farmacéuticas de la Universidad de Basilea, los orgánulos artificiales también se han estudiado in vivo. "Ahora hemos podido integrar estos orgánulos artificiales controlables en las células de un organismo vivo por primera vez, "dice Cornelia Palivan.

Los investigadores eligieron embriones de pez cebra porque sus cuerpos transparentes permiten un excelente seguimiento de los implantes celulares bajo un microscopio cuando están marcados con un tinte fluorescente.

Después de inyectar los orgánulos artificiales, fueron "comidos" por los macrófagos y, por lo tanto, se abrieron paso en el organismo. Luego, los investigadores pudieron demostrar que la enzima peroxidasa atrapada dentro del orgánulo artificial se activaba cuando el peróxido de hidrógeno producido por los macrófagos entraba a través de las puertas de las proteínas.

"En este estudio, mostramos que los orgánulos artificiales, que están inspirados en la naturaleza, continuar funcionando como se espera en el organismo vivo, y que la puerta de proteína que incorporamos no solo funciona en cultivos celulares sino también in vivo, "comenta Toma Einfalt, primer autor del artículo y graduado de la Escuela de Doctorado del Swiss Nanocience Institute. La idea de utilizar orgánulos artificiales como implantes celulares con el potencial de producir compuestos farmacéuticos activos, por ejemplo, abre nuevas perspectivas para la terapia de proteínas orientada al paciente.