Los científicos de UCLA han desarrollado un nuevo método que utiliza estructuras microscópicas en forma de astillas llamadas "nanoperas" para la administración dirigida de biomoléculas, como genes, directamente a las células del paciente. Estas nanoestructuras guiadas magnéticamente podrían permitir terapias génicas más seguras, más rápido y más rentable.

La investigación fue publicada en la revista ACS Nano por el autor principal Paul Weiss, Presidente de la UC y profesor distinguido de química y bioquímica, Ciencia e Ingeniería de los Materiales, y miembro del Eli and Edythe Broad Center of Regenerative Medicine and Stem Cell Research en UCLA.

Terapia de genes, el proceso de agregar o reemplazar genes faltantes o defectuosos en las células del paciente, ha demostrado ser muy prometedor como tratamiento para una serie de enfermedades, incluida la hemofilia, distrofia muscular, inmunodeficiencias y ciertos tipos de cáncer.

Los enfoques actuales de terapia génica se basan en virus modificados, campos eléctricos externos o productos químicos agresivos para penetrar las membranas celulares y entregar genes directamente a las células del paciente. Cada uno de estos métodos tiene sus propias deficiencias; pueden ser costosos, ineficaces o causan estrés indeseable y toxicidad a las células.

Para superar estas barreras, Weiss y el Dr. Steven Jonas, becario clínico en el Programa de Capacitación del Centro de Investigación de Células Madre Amplias de UCLA, dirigió un equipo de investigación que diseñó nanoperas compuestas de silicio, níquel y oro. Estas nanoperas son biodegradables, se puede producir en masa de forma económica y eficiente, y, debido a su tamaño infinitesimal, sus puntas miden aproximadamente 5, 000 veces más pequeños que el diámetro de una hebra de cabello humano; pueden proporcionar información genética con un impacto mínimo en la viabilidad y el metabolismo celular.

Jonas comparó el método de administración de biomoléculas de vanguardia con los métodos de administración del mundo real que aparecen en el horizonte.

"Así como escuchamos que Amazon quiere entregar paquetes directamente a su casa con drones, estamos trabajando en un equivalente a nanoescala de eso para entregar importantes paquetes de atención médica directamente a sus células, "explicó Jonas, que se está capacitando en la división de hematología / oncología pediátrica en UCLA Mattel Children's Hospital. En el futuro cercano, Jonas espera aplicar nanotecnologías para implementar terapias celulares y genéticas de manera rápida y amplia en los pacientes pediátricos con cáncer que trata.

La construcción de nanoperas se inspiró en el trabajo de sus colaboradores, Hsian-Rong Tseng, profesor de farmacología molecular y médica, y Xiaobin Xu, becario postdoctoral en el grupo de investigación interdisciplinar de Weiss. Tseng y Xu son coautores del estudio.

"Basado en el trabajo de nanofabricación de Xiaobin, sabíamos cómo hacer nanoestructuras de diferentes formas en cantidades masivas usando estrategias de fabricación simples, "dijo Weiss, quien también es miembro del California NanoSystems Institute. "Una vez que lo tuvimos en la mano, nos dimos cuenta de que podíamos hacer estructuras precisas que serían valiosas en las terapias génicas ".

Weiss y Jonas no son los primeros en concebir el uso de nanoestructuras guiadas o "nanomotores" robóticos para mejorar las terapias génicas, sin embargo, los métodos existentes tienen una precisión limitada y requieren productos químicos potencialmente tóxicos para impulsar las estructuras hacia sus objetivos.

Recubriendo sus nanoperas con níquel, Weiss y Jonas eliminaron la necesidad de propelentes químicos. Se puede sostener un imán cerca de una placa de laboratorio que contiene células para manipular la dirección, posición y rotación de una o varias nanoperas. En el futuro, Weiss y Jonas prevén que se podría aplicar un campo magnético fuera del cuerpo humano para guiar a las nanoperas de forma remota dentro del cuerpo para tratar enfermedades genéticas.

Weiss y Jonas probaron sus nanoperas como vehículos para un gen que hace que las células produzcan una proteína verde fluorescente. Alrededor del 80 por ciento de las células objetivo exhibieron un brillo verde brillante, y el 90 por ciento de esas células sobrevivieron. Ambos números son una mejora notable en las estrategias de entrega existentes.

Al igual que la terapia génica, muchas formas de inmunoterapia, un proceso en el que las células inmunitarias específicas del paciente se diseñan genéticamente para reconocer y atacar las células cancerosas, se basan en métodos de procesamiento costosos o que requieren mucho tiempo.

"La mayor barrera en este momento para que los pacientes reciban una terapia génica o una inmunoterapia es el tiempo de procesamiento, ", Dijo Jonas." Nuevos métodos para generar estas terapias más rápidamente, de forma eficaz y segura acelerarán la innovación en esta área de investigación y llevarán estas terapias a los pacientes antes, y ese es el objetivo que todos tenemos ".

Weiss y Jonas han estado colaborando con investigadores de UCLA para optimizar la aplicación de estrategias de terapia génica que se han estado preparando durante mucho tiempo.

"Una de las cosas asombrosas de trabajar en UCLA es que para cada una de las enfermedades objetivo, colaboramos con médicos líderes que ya tienen terapias genéticas en desarrollo, ", Dijo Weiss." Tienen la carga de edición de genes, células modelo, modelos animales y células de pacientes en su lugar para que podamos optimizar nuestros nanosistemas en métodos que están en el camino hacia la clínica ".