Las bacterias pueden adherirse a las fibras de los tejidos con la ayuda de un "nanoadhesivo". La forma en que logran esto fue investigada hace unos años por Viola Vogel, Profesor de Mecanobiología Aplicada en ETH Zurich, usando simulaciones por computadora en CSCS. Los investigadores simularon cómo el nanoadhesivo bacteriano, un hilo peptídico con varios sitios de unión unidos como perlas, se adhiere a las llamadas fibras de fibronectina. Estos forman parte de la red fibrosa en la que están incrustadas las células. Donde hay una lesión, las fibras de fibronectina se cortan.

La bacteria detecta el estado de tensión de las fibras tisulares.

Las fibras de tejido intacto se mantienen bajo tensión por la fuerza de tracción de las células en la red fibrosa. Cuando las fibras de fibronectina se estiran por la fuerza, Las simulaciones de este proceso mostraron que las distancias entre los sitios de unión individuales en la fibronectina, como puenteado por el péptido bacteriano, crecen demasiado y, por lo tanto, el nanoadhesivo bacteriano se desprende en gran medida.

En el momento, los investigadores no esperaban tales resultados. Estos sugirieron que la bacteria Staphylococcus aureus, cuya adherencia se utilizó en la simulación, podría, en el curso de su evolución, haber desarrollado un nanosensor para detectar el estado tensional de las fibras de fibronectina. Para infectar 'con éxito' una lesión, la temida bacteria probablemente se une a fibras cortadas y, por lo tanto, estructuralmente relajadas.

Sin embargo, poco se sabe sobre el estado tensional de las fibras tisulares y su efecto sobre los procesos fisiológicos en los cambios degenerativos en los tejidos, por ejemplo. También faltan métodos adecuados para medir las minúsculas fuerzas que ejercen las células sobre las fibras de los tejidos.

Por lo tanto, Viola Vogel y su grupo de investigación están trabajando en nanosensores que pueden hacer el trabajo:inspirados en las simulaciones, desarrollaron un péptido bacteriano capaz de reconocer los estados tensionales de la fibronectina en los tejidos. Tal péptido podría usarse tanto en terapia como en diagnóstico.

Nanosensores predichos por supercomputadora se probaron con éxito en animales

Ahora, Las pruebas del péptido producido sintéticamente en cultivos celulares, así como en tejido tumoral de modelos animales, han dado a los investigadores resultados positivos. Debido a que el péptido se une solo a las fibras no tensadas, puede revelar visiblemente qué fibras de tejido tumoral están bajo tensión. Los resultados de la investigación se publicaron hoy en la revista científica. Comunicaciones de la naturaleza .

Para probar si el péptido de hecho se une solo a fibras no tensadas, los investigadores agregaron al medio de cultivo celular una 'nano-sonda' óptica especial que habían desarrollado. Esta sonda solo se puede utilizar en cultivos celulares, donde cambia de color para indicar el estado tensional de las fibras. Además, los investigadores marcaron el péptido producido sintéticamente con un fluoróforo adicional para visualizar dónde se une en el cultivo celular.

Es más, Los tejidos tumorales se tiñeron con péptidos y anticuerpos especiales marcados con colores que se unen a toda la fibronectina, donde hicieron visibles todas las fibras de fibronectina en el tumor frente a las fibras relajadas marcadas por el péptido.

No todas las fibras están bajo tensión

Un examen detallado del tumor reveló para asombro de los científicos que los péptidos no se unían a todas las fibras de fibronectina. sin embargo, una señal de que no todas las fibras del tumor están bajo tensión. "Sin embargo, todavía no podemos decir por qué la fibronectina tensionada es más abundante en algunas áreas del tumor que en otras, "dice Vogel.

Para saber si el adhesivo bacteriano también es adecuado para fines de diagnóstico, Los investigadores del Instituto Paul Scherrer (PSI) dirigidos por Martin Behé y Roger Schibli inyectaron péptidos marcados radiactivamente en el modelo animal. Esto permitió a los científicos identificar dónde se une el péptido en el organismo. "Además de los órganos bien perfundidos, como los riñones, hígado y bazo, el péptido acumulado principalmente en el tejido tumoral, ", dice Viola Vogel. Aquí también fue donde permaneció más tiempo.

Los científicos esperan que los péptidos puedan servir como marcadores de diagnóstico de tejidos tumorales y de otras enfermedades degenerativas. Los péptidos podrían usarse para radioterapia o para administrar ingredientes farmacéuticos activos al sitio enfermo, por ejemplo, uniendo un ingrediente activo al péptido bacteriano, después de lo cual los sensores de unión del péptido llevan el ingrediente activo directamente a su objetivo. La gran ventaja de los péptidos es que son mucho más pequeños que las nanopartículas y los anticuerpos. "Por tanto, estas pequeñas moléculas pueden penetrar mucho mejor y más profundamente en el tejido tumoral denso, "dice Vogel.

Examinando posibles aplicaciones

Tanto los resultados como el nuevo enfoque de investigación de Vogel en la búsqueda de nuevos métodos de diagnóstico y terapia han atraído la atención:además de un ERC y una subvención SNF recientemente otorgada, el renombrado hospital universitario Charité en Berlín ha conferido a Viola Vogel una cátedra Einstein que le permitirá financiar dos puestos, permitiendo combinar la nueva técnica con la investigación clínica. En cooperación con PSI, Vogel también tiene la intención de investigar qué tipos de tejidos y enfermedades pueden ser mejor dirigidos por el péptido.

Ha sido un largo camino desde las primeras simulaciones en CSCS y pruebas de laboratorio hasta modelos animales, Señala Viola Vogel. Las ciencias experimentales adoptan habitualmente una visión crítica de la investigación basada en simulaciones. Pero el profesor de ETH refuta esta percepción:"Mediante simulaciones tratamos de agudizar nuestro pensamiento sobre los procesos moleculares". El investigador está convencido de que los presentes hallazgos no podrían haberse logrado sin simulaciones. "Esto nos lleva claramente al punto en el que las simulaciones tienen valor predictivo, "dice Vogel.