Los medicamentos hechos de proteínas se han mostrado prometedores en el tratamiento del cáncer, pero son difíciles de administrar porque el cuerpo generalmente descompone las proteínas antes de que lleguen a su destino.

Para sortear ese obstáculo un equipo de investigadores del MIT ha desarrollado un nuevo tipo de nanopartícula que puede sintetizar proteínas bajo demanda. Una vez que estas partículas de la "fábrica de proteínas" alcanzan sus objetivos, los investigadores pueden activar la síntesis de proteínas al iluminarlos con luz ultravioleta.

Las partículas podrían usarse para entregar pequeñas proteínas que matan las células cancerosas, y eventualmente proteínas más grandes como los anticuerpos que activan al sistema inmunológico para destruir tumores, dice Avi Schroeder, un postdoctorado en el Instituto David H. Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer del MIT y autor principal de un artículo que aparece en la revista Nano letras .

“Esta es la primera prueba de concepto de que realmente se pueden sintetizar nuevos compuestos a partir de materiales de partida inertes dentro del cuerpo, "Dice Schroeder, que trabaja en los laboratorios de Robert Langer, Profesor del Instituto David H. Koch del MIT, y Daniel Anderson, profesor asociado de ciencias y tecnología de la salud e ingeniería química.

Langer y Anderson también son autores del artículo, junto con el ex postdoctorado del Instituto Koch Michael Goldberg, Christian Kastrup y Christopher Levins

Imitando la naturaleza

A los investigadores se les ocurrió la idea de las partículas formadoras de proteínas cuando intentaban pensar en nuevas formas de atacar los tumores metastásicos, los que se diseminan desde el sitio original del cáncer a otras partes del cuerpo. Estas metástasis causan el 90 por ciento de las muertes por cáncer.

Decidieron imitar la estrategia de fabricación de proteínas que se encuentra en la naturaleza. Las células almacenan sus instrucciones de construcción de proteínas en el ADN, que luego se copia en el ARN mensajero. Ese ARNm transporta planos de proteínas a estructuras celulares llamadas ribosomas, que leen el ARNm y lo traducen en secuencias de aminoácidos. Los aminoácidos se unen para formar proteínas.

“Queríamos utilizar maquinaria que ya haya demostrado ser muy eficaz. Los ribosomas se utilizan en la naturaleza, y fueron perfeccionados por la naturaleza durante miles de millones de años para ser la mejor máquina que puede producir proteínas, ”, Dice Schroeder.

Los investigadores diseñaron las nuevas nanopartículas para autoensamblarse a partir de una mezcla que incluye lípidos, que forman las capas externas de las partículas, más una mezcla de ribosomas, aminoácidos y las enzimas necesarias para la síntesis de proteínas. También se incluyen en la mezcla secuencias de ADN para las proteínas deseadas.

El ADN está atrapado por un compuesto químico llamado DMNPE, que se une reversiblemente a él. Este compuesto libera el ADN cuando se expone a la luz ultravioleta.

"Quieres poder activarlo para que el sistema se encienda solo cuando quieras que funcione, ”, Dice Schroeder. "Cuando las partículas son impactadas por la luz, el ADN se libera de un compuesto enjaulado y luego puede ingresar al ciclo de producción de la proteína ".

Fábricas programables

En este estudio, las partículas se programaron para producir proteína verde fluorescente (GFP) o luciferasa, ambos se detectan fácilmente. Las pruebas en ratones mostraron que se logró que las partículas produjeran proteínas cuando la luz ultravioleta las iluminaba.

Esperar hasta que las partículas lleguen a su destino antes de activarlas podría ayudar a prevenir los efectos secundarios de un fármaco particularmente tóxico. dice James Heath, profesor de química en el Instituto de Tecnología de California. Sin embargo, se deben realizar más pruebas para demostrar que las partículas alcanzarían su destino previsto en los seres humanos, y que pueden utilizarse para producir proteínas terapéuticas, él dice.

“Quedan muchos detalles por resolver para que este sea un enfoque terapéutico viable, pero es un concepto realmente fantástico e innovador, y sin duda pone en marcha la imaginación, "Dice Heath, que no formaba parte del equipo de investigación.

Los investigadores ahora están trabajando en partículas que pueden sintetizar posibles fármacos contra el cáncer. Algunas de estas proteínas son tóxicas tanto para las células cancerosas como para las sanas, pero al utilizar este método de administración, la producción de proteínas solo se puede activar en el tumor, evitando efectos secundarios en células sanas.

El equipo también está trabajando en nuevas formas de activar las nanopartículas. Los posibles enfoques incluyen la producción desencadenada por el nivel de acidez u otras condiciones biológicas específicas de ciertas regiones o células del cuerpo.

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.