Usando pequeños fragmentos de ADN como "códigos de barras, "Los investigadores han desarrollado una nueva técnica para detectar rápidamente la capacidad de las nanopartículas para administrar genes terapéuticos de forma selectiva a órganos específicos del cuerpo. La técnica podría acelerar el desarrollo y el uso de terapias génicas para asesinos como las enfermedades cardíacas". cáncer y enfermedad de Parkinson.

Terapias genéticas, como los hechos de ADN o ARN, son difíciles de administrar a las células correctas del cuerpo. Durante los últimos 20 años, Los científicos han estado desarrollando nanopartículas hechas de una amplia gama de materiales y agregando compuestos como el colesterol para ayudar a llevar estos agentes terapéuticos al interior de las células. Pero el rápido desarrollo de los portadores de nanopartículas se ha topado con un cuello de botella importante:las nanopartículas deben ser probadas, primero en cultivo celular, antes de probar una cantidad muy pequeña de nanopartículas en animales. Con millones de combinaciones posibles, identificar la nanopartícula óptima para apuntar a cada órgano fue muy ineficiente.

Usando hebras de ADN de solo 58 nucleótidos de largo, investigadores de la Universidad de Florida, El Instituto de Tecnología de Georgia y el Instituto de Tecnología de Massachusetts han desarrollado una nueva técnica de prueba que omite por completo las pruebas de cultivo celular y podría permitir que cientos de diferentes tipos de nanopartículas se prueben simultáneamente en solo un puñado de animales.

La investigación original se realizó en los laboratorios de Robert Langer, el profesor del Instituto David H. Koch, y Daniel Anderson, el Profesor Samuel A. Goldsmith de Biología Aplicada, en el MIT. Con el apoyo de los Institutos Nacionales de Salud, la investigación fue publicada el 6 de febrero en la revista procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .

"Queremos comprender a un nivel muy alto qué factores que afectan la entrega de nanopartículas son importantes, "dijo James Dahlman, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Biomédica Wallace H. Coulter en Georgia Tech y Emory University, uno de los antiguos estudiantes de posgrado de Langer, autor principal del estudio, y uno de los autores correspondientes del artículo. "Esta nueva técnica no solo nos permite comprender qué factores son importantes, sino también cómo los factores de la enfermedad afectan el proceso ".

Para preparar nanopartículas para la prueba, los investigadores insertan un fragmento de ADN que se asigna a cada tipo de nanopartícula. Luego, las nanopartículas se inyectan en ratones, cuyos órganos se examinan luego para detectar la presencia de los códigos de barras. Al utilizar las mismas tecnologías que utilizan los científicos para secuenciar el genoma, muchas nanopartículas se pueden probar simultáneamente, cada uno identificado por su código de barras de ADN único.

Los investigadores están interesados ​​no solo en qué nanopartículas administran la terapéutica con mayor eficacia, pero también que puede entregarlos selectivamente a órganos específicos. Terapias dirigidas a tumores, por ejemplo, debe administrarse solo al tumor y no a los tejidos circundantes. Asimismo, las terapias para las enfermedades cardíacas deben acumularse selectivamente en el corazón.

Si bien gran parte del estudio se dedicó a demostrar estrategias de control, los investigadores probaron cómo se distribuían 30 partículas diferentes en ocho tejidos diferentes de un modelo animal. Este 'mapa de calor' dirigido a nanopartículas mostró que algunas partículas no fueron absorbidas en absoluto, mientras que otros entraron en múltiples órganos. Las pruebas incluyeron nanopartículas que previamente se demostró que la selectividad ingresa a los pulmones y al hígado, y los resultados de la nueva técnica fueron consistentes con lo que ya se conocía sobre esas nanopartículas.

Las secuencias de códigos de barras de ADN monocatenario tienen aproximadamente el mismo tamaño que los oligonucleótidos antisentido, Se están desarrollando microARN y ARNip para posibles usos terapéuticos. Otras terapias basadas en genes son más grandes, y se necesitaría investigación adicional para determinar si la técnica podría usarse con ellos. En la investigación informada esta semana, las nanopartículas no se utilizaron para administrar terapias activas, aunque ese sería un próximo paso a corto plazo.

"En el trabajo futuro, esperamos hacer mil partículas y, en lugar de evaluarlas de tres en tres, Esperamos probar algunos cientos simultáneamente, "Dijo Dahlman." Las nanopartículas pueden ser muy complicadas porque para cada biomaterial disponible, podría hacer varios cientos de nanopartículas de diferentes tamaños y con diferentes componentes agregados ".

Una vez identificadas las nanopartículas prometedoras con el cribado, serían sometidos a pruebas adicionales para verificar su capacidad para administrar terapias. Además de acelerar el cribado, la nueva técnica puede requerir menos animales, quizás no más de tres por cada conjunto de nanopartículas probadas.

Hay algunas advertencias con la técnica. Para evitar la posibilidad de fusión de nanopartículas, solo se pueden probar las estructuras que son estables en ambientes acuosos. Solo se pueden cribar nanopartículas no tóxicas, y los investigadores deben controlar la posible inflamación generada por el ADN insertado.

En el laboratorio de Langer y Anderson, Dahlman trabajó con Kevin Kauffman, quien permanece en el MIT, y Eric Wang, ahora es profesor asistente de la Universidad de Florida. Otros coautores del artículo fueron Yiping Xing, Taylor Shaw, Faryal Mir y Chloe Dlott, todos los cuales están en el MIT.

"Las terapias con ácidos nucleicos son muy prometedoras para el tratamiento de una variedad de enfermedades graves, ", dijo Dahlman." Esperamos que esta técnica se utilice ampliamente en el campo, y que, en última instancia, traerá más claridad sobre cómo estos medicamentos afectan a las células y cómo podemos llevarlos a los lugares correctos del cuerpo ".