Los inhaladores a base de esteroides brindan medicamentos que salvan la vida de millones de pacientes con asma, proporcionando alivio y la capacidad de simplemente respirar. Desafortunadamente, los inhaladores no funcionan para todos los pacientes, y con tasas en aumento para una enfermedad que provoca cientos de miles de muertes en todo el mundo cada año, Se necesitan nuevos tratamientos y estrategias para el asma.

Un equipo de investigadores de UConn, incluida la profesora asistente de química en la Facultad de artes y ciencias liberales Jessica Rouge y la profesora asociada de patobiología en la Facultad de agricultura, Salud, y Natural Resources Steven Szczepanek, están colaborando para desarrollar nuevos tratamientos para el asma utilizando nanocápsulas silenciadoras de genes en un intento por ayudar a los pacientes que no se benefician de los tratamientos existentes. Su investigación fue publicada en ACS Nano .

"Al tratar el asma, mucha gente piensa en los medicamentos antiinflamatorios de molécula pequeña como el camino a seguir, pero hay muchos pacientes que tienen asma que no responden a los corticosteroides, ", dice Rouge." Existe una necesidad insatisfecha de crear diferentes terapias que puedan suprimir el asma para este grupo de personas ".

El grupo de investigación de Rouge, incluidos los coautores Ph.D. estudiante Shraddha Sawant y Alyssa Hartmann '20 Ph.D., diseña nanomateriales y terapias dirigidas que envían mensajes de silenciamiento de genes a las células. Este documento detalla una nanocápsula de ácido nucleico (NAN) diseñada para administrar selectivamente una enzima, llamada ADNzima, silenciar un componente de la respuesta inmune, llamado GATA-3, que conduce a la sobreexpresión de componentes inmunitarios que juegan un papel importante en los ataques de asma alérgica.

Szczepanek explica que hay diferentes tipos de asma, y esta tecnología está diseñada para tratar el asma alérgica específicamente, que constituye aproximadamente el 50% de los casos en adultos y el 90% en niños. Los tratamientos basados ​​en GATA-3 ya se muestran prometedores en los ensayos clínicos, y Rouge dice que al emparejar la secuencia con la nanotecnología, esperan proporcionar medios de administración y tratamiento más eficientes directamente al origen de la inflamación.

"Cuando se utilizan nanomateriales, intentamos administrar la terapia de una manera que nos permita usar menos materiales para obtener un efecto mayor, "Dice Rouge.

Su sistema se basa en tensioactivos que se ensamblan en micelas, similar a pequeñas burbujas, y ocurre en un proceso escalonado, dando como resultado que cada uno tenga un tamaño de alrededor de 60 nanómetros.

"Primero, sintetizamos algo llamado surfactante, es muy parecido al jabón y esencialmente forma una burbuja a nanoescala. Luego modificamos la química de la superficie de esta burbuja para que pueda conjugarse o conectarse al ADN. El siguiente paso, y lo que es exclusivo de nuestro laboratorio, si usamos enzimas para construir la siguiente pieza para unir la secuencia de ADN que esencialmente escinde el ARNm que codifica GATA-3, "Dice Rouge.

Luego se caracterizaron las nanocaspulas y se verificó si podían escindir las líneas celulares diana de ácido nucleico in vitro y los resultados fueron prometedores.

"Demostramos que estas secuencias de silenciamiento de genes se administraron de manera efectiva utilizando nuestra formulación y vimos que derribaban el gen objetivo de interés. Ese fue un primer paso emocionante, "dice Rouge.

Rouge llevó los datos a Szczepanek para ver si su grupo de investigación, incluidos los coautores y estudiantes de posgrado Tyler Gavitt '21 Ph.D. y Arlind Mara '21 Ph.D., que estudian patógenos respiratorios y patología de enfermedades, estaría interesado en colaborar en los próximos pasos de la investigación para ver cómo funciona la tecnología in vivo y si podría ser de relevancia clínica.

Habiendo estudiado el asma como parte de su investigación postdoctoral, y con su laboratorio equipado para dar los siguientes pasos, Szczepanek dice que la colaboración fue un ajuste natural.

"Pensé que esta tecnología de silenciamiento de genes era una aplicación fantástica para un tratamiento para el asma".

Los investigadores probaron la eficacia de GATA-3 DNAzyme-NAN en un modelo de ratón alérgico con asma sensible a los ácaros del polvo doméstico. Los resultados mostraron que los pulmones de los ratones tratados con NAN tenían menos daño inflamatorio en comparación con el grupo de control no tratado. El tratamiento también redujo la presencia de células inmunes inflamatorias, llamados eosinófilos, que contribuyen a la obstrucción de las vías respiratorias (ver barra lateral).

"No solo vimos una reducción sustancial de los fenotipos de asma en nuestro modelo de ratón, pero probamos las ADNzimas-NAN de GATA-3 en glóbulos blancos humanos y vimos tanto la captación de las nanopartículas como la eliminación de la expresión del gen de interés. Esta combinación de datos me da muchas esperanzas sobre el potencial de traslación de las nanopartículas para la salud humana. "dice Szczepanek.

Rouge señala otro detalle importante:"En términos generales, al poner nanopartículas en nuestros pulmones, podría pensar que pueden causar inflamación. Sin embargo, estábamos muy emocionados de que en las dosis que usamos, el nanoportador por sí solo no provocó inflamación ".

"Creo que nuestra nanoconstrucción única es muy prometedora en el campo de la entrega de oligonucleótidos, ", dice Sawant." Estoy feliz de ser parte de esta investigación colaborativa, ya que marca el comienzo del desarrollo de la NAN como un nanoportador in vivo eficaz ".

Rouge dice que el siguiente paso es, con suerte, obtener fondos de los NIH para continuar la investigación:"Queremos averiguar, ¿A dónde van estas nanocápsulas? Necesitamos hacer un estudio de biodistribución y otros próximos pasos lógicos, como la farmacocinética y determinar cuánto tiempo duran estas terapias en un organismo ".

Los investigadores obtuvieron recientemente una patente para la formulación de nanocápsulas, y esperan comercializarlo. Szczepanek explica que el equipo prevé que, finalmente, la tecnología podría entregarse al paciente a través de un inhalador, como son los medicamentos actuales para el asma y, dependiendo de cómo se formule exactamente, que podría atacar la inflamación activa o actuar como una medida profiláctica. Rouge agrega que esta tecnología tiene el potencial de ser personalizable.

"El tema principal es que diferentes personas responden de manera diferente a las enfermedades en general, por lo que existe el potencial de la medicina personalizada. Estamos mirando hacia un cambio de paradigma porque si conoce la genética de alguien en términos de la intensidad o sobreexpresión de un gen en particular o si está regulado positivamente, podríamos tratarlo o al menos deprimirlo ".

¿Qué causa un ataque de asma?

Szczepanek explica que el asma alérgica se produce cuando el sistema inmunológico se sensibiliza a algo omnipresente y generalmente inofensivo en el medio ambiente. como los ácaros del polvo doméstico.

"La sensibilización empuja el componente de memoria de nuestras células T a lo que se llama un fenotipo Th2. Las células T son parte de nuestro sistema inmunológico adaptativo que 'recuerdan' la exposición previa a un estímulo contra el que tuvimos que montar una respuesta inmunitaria. Por lo general, son bacterias y virus, Lo que es algo bueno, ya que queremos recordar patógenos como la gripe, por ejemplo. Pero no es bueno cuando estás generando una respuesta inmune contra el polvo que está en el aire todo el tiempo, porque puede provocar algunos efectos secundarios bastante graves ".

Los resultados y la gravedad varían de persona a persona, Dice Szczepanek.

"Vemos inflamación de las vías respiratorias como resultado de más células inmunes que se abren paso hacia los espacios aéreos, y eso hará que las vías respiratorias sean más pequeñas. Esas células activan las células caliciformes en las vías respiratorias, que son células que producen moco y cuando hiperactivas estas células caliciformes, Obtienes toneladas de moco que ingresan a las vías respiratorias que ya están inflamadas y, por lo tanto, constrictivas. Eso crea más y más problemas y reduce la capacidad de un asmático para respirar durante un ataque de asma. Y luego, por último, también tiene broncoconstricción, lo que ocurre cuando la capa de músculo liso que rodea los bronquiolos de los pulmones se contrae. Es un problema de salud pública importante porque una gran parte de la población es susceptible de desarrollar asma ".