Los científicos de Johns Hopkins Medicine informan que han creado una pequeña Recipiente de tamaño nanométrico que puede deslizarse dentro de las células y administrar medicamentos a base de proteínas y terapias génicas de cualquier tamaño, incluso los de gran tamaño conectados a la herramienta de edición de genes llamada CRISPR. Si su creación, construida con un polímero biodegradable, pasa más pruebas de laboratorio, podría ofrecer una forma de transportar de manera eficiente compuestos médicos más grandes a células diana seleccionadas específicamente.

Un informe sobre su trabajo aparece en la edición del 6 de diciembre de Avances de la ciencia .

"La mayoría de los medicamentos se diseminan por todo el cuerpo de manera indiscriminada y no se dirigen a una célula específica, "dice el ingeniero biomédico Jordan Green, Doctor., líder del equipo de investigación. "Algunos medicamentos, como anticuerpos, se adhieren a objetivos en los receptores de superficie de la célula, pero no tenemos buenos sistemas para administrar medicamentos biológicos directamente al interior de una célula, que es donde las terapias tendrían más posibilidades de funcionar correctamente y con menos efectos secundarios ".

Muchos científicos académicos y comerciales han buscado durante mucho tiempo mejores sistemas de tránsito para las terapias, dice Green, profesor de ingeniería biomédica, oftalmología, oncología, neurocirugía, Ciencia e Ingeniería de los Materiales, e ingeniería química y biomolecular en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins, y miembro del Instituto Bloomberg ~ Kimmel de Inmunoterapia contra el Cáncer en Johns Hopkins.

Algunas técnicas disponibles comercialmente utilizan formas reducidas de virus, conocidas por su capacidad de "infectar" células directamente, para administrar terapias. aunque las versiones no infecciosas de estos sistemas de administración pueden desencadenar una respuesta no deseada del sistema inmunológico. Otras terapias dirigidas a las células sanguíneas enfermas, por ejemplo, son más engorrosos, requiriendo que se extraiga la sangre de los pacientes, luego se aplica una corriente eléctrica que abre los poros de la membrana celular para poder entrar.

El contenedor de tamaño nanométrico que Green y su equipo desarrollaron en Johns Hopkins toma prestada una idea de las propiedades de los virus, muchos de los cuales tienen una forma casi esférica y tienen cargas tanto negativas como positivas. Con una carga general más neutral, los virus pueden acercarse a las células. Ese no es el caso de muchas medicinas biológicas, que consisten en muy cargados, proteínas grandes y ácidos nucleicos que tienden a repeler las células.

Para superar esto, El estudiante graduado Yuan Rui desarrolló un nuevo material polimérico biodegradable. Polímero es el término general para una sustancia compuesta por muchas moléculas. Para hacer el polímero, Rui unió, como las ramas de un árbol, cuatro moléculas componentes que, tiempo extraordinario, descomponerse y disolverse en agua. Las moléculas contienen cargas tanto positivas como negativas.

Con un balance de cargas positivas y negativas, las moléculas empujan y tiran de acuerdo con su carga y sus átomos de hidrógeno se unen con una terapia biológica cercana. El resultado es una nanoestructura que contiene la terapia biológica.

Las cargas positivas del contenedor nanométrico interactúan con la membrana de una célula, y el recipiente está envuelto en un paquete celular llamado endosoma.

Una vez dentro, el recipiente de tamaño nanométrico rompe el endosoma, y los polímeros se degradan, dejando que el medicamento actúe dentro de la célula.

Para probar su invento, Rui hizo un nanocontenedor de una pequeña proteína y lo alimentó a células de riñón de ratón en placas de cultivo. Ella adjuntó una etiqueta verde fluorescente a la proteína pequeña y vio salpicaduras de color verde brillante en la mayoría de las células. lo que indica que la proteína se entregó con éxito.

Luego, Rui empaquetó una proteína más grande:inmunoglobulina humana, una terapia que se usa típicamente para fortalecer el sistema inmunológico y un modelo para las terapias con anticuerpos. Esta vez, descubrió que el 90% de las células renales que trató se iluminaron con la etiqueta verde fluorescente adherida a la inmunoglobulina.

"Cuando las nanopartículas entran en una célula, a menudo quedan secuestrados en endosomas, que degradan su contenido, pero nuestros experimentos muestran que los paquetes de proteínas se distribuyeron uniformemente por la mayoría de las células y no se atascaron en los endosomas, "dice Rui.

Para un desafío aún mayor, Rui creó un nanopaquete que contiene un complejo de ácido nucleico y proteína basado en CRISPR que podría apagar una señal de fluorescencia verde o hacer que las células brillen en rojo cuando el compuesto CRISPR corta parte del genoma de una célula. Los investigadores vieron que la edición de genes para desactivar un gen funcionaba en hasta el 77% de las células cultivadas en el laboratorio y para agregar o reparar un gen en aproximadamente el 4% de las células.

"Eso es bastante efectivo considerando, con otros sistemas de edición de genes, es posible que obtenga el resultado correcto de corte de genes en menos del 10 por ciento de las veces, ", dijo Rui. Las terapias basadas en CRISPR tienen el potencial de hacer que los medicamentos sean mucho más precisos con su capacidad para atacar con precisión los defectos genéticos que contribuyen a la enfermedad. Algunas terapias CRISPR se están probando en ensayos clínicos.

En un experimento final, Rui y sus colegas implantaron células cancerosas cerebrales en el cerebro de ratones. Inyectó los nanocontenedores con componentes de edición de genes directamente en los cerebros de los ratones y analizó sus células en busca de un brillo rojo que indica una edición de genes exitosa. Encontró células cancerosas del cerebro que brillaban en rojo a varios milímetros de donde las inyectó.

'Cuando comencé este proyecto hace cinco años, los científicos no pensaron que se pudiera usar algo más que un virus para administrar estas terapias en las células, ", dice Rui." El desarrollo de nuevas tecnologías puede ayudarnos a comprender mejor las enfermedades, pero también más sobre la fabricación de nuevos medicamentos ".

Rui y Green están tratando de hacer que los nanocontenedores sean más estables para que puedan inyectarse en el torrente sanguíneo y apuntar a células con ciertas firmas genéticas.

Los científicos están solicitando patentes relacionadas con este trabajo.