Un nanosistema biomimético puede administrar proteínas terapéuticas para atacar selectivamente tumores cancerosos, según un equipo de investigadores de Penn State.

Usando una toxina proteica llamada gelonina de una planta que se encuentra en las montañas del Himalaya, los investigadores enjaularon las proteínas en nanopartículas de estructura organometálica (MOF) autoensambladas para protegerlas del sistema inmunológico del cuerpo. Para mejorar la longevidad del fármaco en el torrente sanguíneo y apuntar selectivamente al tumor, el equipo cubrió el MOF con una capa hecha de células del propio tumor.

La sangre es un entorno hostil para la administración de fármacos. El sistema inmunológico del cuerpo ataca las moléculas extrañas o las expulsa del cuerpo a través del bazo o el hígado. Pero las celdas incluidas las células cancerosas, liberan pequeñas partículas llamadas vesículas extracelulares que se comunican con otras células del cuerpo y envían una señal de "no me comas" al sistema inmunológico.

"Diseñamos una estrategia para aprovechar las vesículas extracelulares derivadas de las células tumorales, "dijo Siyang Zheng, profesor asociado de ingeniería biomédica y eléctrica en Penn State. "Eliminamos el 99 por ciento del contenido de estas vesículas extracelulares y luego usamos la membrana para envolver nuestras nanopartículas de estructura organometálica. Si podemos obtener nuestras vesículas extracelulares del paciente, mediante biopsia o cirugía, luego, las nanopartículas buscarán el tumor a través de un proceso llamado focalización homotípica ".

Gong Cheng, autor principal de un nuevo artículo que describe el trabajo del equipo y ex becario postdoctoral en el grupo de Zheng ahora en Harvard, dijo, "MOF es una clase de materiales cristalinos ensamblados por nodos metálicos y enlazadores orgánicos. En nuestro diseño, El autoensamblaje de nanopartículas de MOF y la encapsulación de proteínas se logran simultáneamente a través de un enfoque de un solo recipiente en un ambiente acuoso. Los sitios de afinidad de metal enriquecido en las superficies MOF actúan como el botón, por lo que la membrana de la vesícula extracelular se puede abrochar fácilmente en las nanopartículas de MOF. Nuestra estrategia biomimética hace que las nanopartículas sintéticas parezcan vesículas extracelulares, pero tienen la carga deseada adentro ".

El sistema de nanopartículas circula en el torrente sanguíneo hasta que encuentra el tumor y se fija a la membrana celular. La célula cancerosa ingiere la nanopartícula en un proceso llamado endocitosis. Una vez dentro de la celda, la mayor acidez de las vesículas de transporte intracelular de la célula cancerosa hace que las nanopartículas de estructura organometálica se rompan y liberen la proteína tóxica en el citosol y maten la célula.

"Nuestra estructura organometálica tiene una capacidad de carga muy alta, por lo que no necesitamos usar muchas partículas y eso mantiene baja la toxicidad general, "Dijo Zheng.

Los investigadores estudiaron la efectividad del nanosistema y su toxicidad en un modelo de animal pequeño e informaron sus hallazgos en un artículo de portada en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense .

Los investigadores creen que su nanosistema proporciona una herramienta para la entrega dirigida de otras proteínas que requieren el encubrimiento del sistema inmunológico. Penn State ha solicitado protección mediante patente para la tecnología.