Los investigadores de Penn Medicine han descubierto un método nuevo y más efectivo para evitar que las propias proteínas del cuerpo traten a los nanomedicamentos como invasores extraños, cubriendo las nanopartículas con una capa para suprimir la respuesta inmunitaria que reduce la eficacia de la terapia.

Cuando se inyectan en el torrente sanguíneo, las nanopartículas no modificadas son rodeadas por elementos del sistema inmunitario llamados proteínas del complemento, lo que desencadena una respuesta inflamatoria y evita que las nanopartículas alcancen sus objetivos terapéuticos en el cuerpo. Los investigadores han ideado algunos métodos para reducir este problema, pero el equipo de Penn Medicine, cuyos hallazgos se publican en Advanced Materials , ha inventado el que puede ser el mejor método hasta ahora:recubrir nanopartículas con supresores naturales de la activación del complemento.

Las nanopartículas son cápsulas diminutas, generalmente diseñadas a partir de proteínas o moléculas relacionadas con la grasa, que sirven como vehículos de administración para ciertos tipos de tratamientos o vacunas, generalmente aquellas que contienen ARN o ADN. Los ejemplos más conocidos de medicamentos administrados con nanopartículas son las vacunas de ARNm contra la COVID-19.

"Resultó ser una de esas tecnologías que simplemente funciona de inmediato y mejor de lo previsto", dijo el coautor principal del estudio, Jacob Brenner, MD, Ph.D., profesor asociado de Medicina Pulmonar en la División de Pulmonar, Alergia y Cuidados Críticos.

El problema del complemento

Las terapias basadas en ARN o ADN generalmente necesitan sistemas de administración para que lleguen a través del torrente sanguíneo a los órganos diana. Los virus inofensivos a menudo se han utilizado como portadores o "vectores" de estas terapias, pero las nanopartículas se consideran cada vez más como alternativas más seguras. Las nanopartículas también se pueden etiquetar con anticuerpos u otras moléculas que las hacen concentrarse con precisión en los tejidos objetivo.

A pesar de su promesa, la medicina basada en nanopartículas se ha visto muy limitada por el problema del ataque del complemento. Las proteínas del complemento circulantes tratan a las nanopartículas como si fueran bacterias, cubriendo inmediatamente las superficies de las nanopartículas y llamando a grandes glóbulos blancos para engullir a los "invasores". Los investigadores han intentado reducir el problema recubriendo previamente las nanopartículas con moléculas camufladas; por ejemplo, el compuesto orgánico polietilenglicol (PEG) atrae moléculas de agua para formar una capa protectora acuosa alrededor de las nanopartículas. Pero las nanopartículas camufladas con PEG u otras sustancias protectoras aún atraen al menos algún ataque del complemento. En general, los medicamentos basados ​​en nanopartículas que deben moverse a través del torrente sanguíneo para hacer su trabajo (las vacunas de ARNm contra el COVID-19 se inyectan en el músculo, no en el torrente sanguíneo) han tenido una eficiencia muy baja para llegar a los órganos diana, generalmente menos del uno por ciento. .

Tomar prestada una estrategia

En el estudio, Brenner y Myerson y su equipo propusieron un enfoque alternativo o complementario para proteger las nanopartículas, un enfoque basado en proteínas inhibidoras del complemento naturales que circulan en la sangre y se adhieren a las células humanas para ayudar a protegerlas del ataque del complemento. .

Los investigadores encontraron que, en experimentos de laboratorio, el recubrimiento de nanopartículas estándar protegidas con PEG con uno de estos inhibidores del complemento, llamado Factor I, proporcionó una protección mucho mejor contra el ataque del complemento. En ratones, la misma estrategia prolongó la vida media de las nanopartículas estándar en el torrente sanguíneo, lo que permitió que una fracción mucho mayor de ellas alcanzara sus objetivos.

"Muchas bacterias también se cubren con estos factores para protegerse contra el ataque del complemento, por lo que decidimos tomar prestada esa estrategia para las nanopartículas", dijo el coautor principal Jacob Myerson, Ph.D., científico investigador principal en el Departamento de Farmacología de Sistemas y Terapéutica traslacional en Penn.

En una serie de experimentos en modelos de ratones con enfermedades inflamatorias graves, los investigadores también demostraron que la unión del Factor I a las nanopartículas previene la reacción hiperalérgica que, de otro modo, podría ser fatal.

Se necesitarán más pruebas antes de que los nanomedicamentos que incorporen el Factor I puedan usarse en personas, pero en principio, dijeron los investigadores, unir la proteína supresora del complemento podría hacer que las nanopartículas sean más seguras y eficientes como vehículos de administración terapéutica para que puedan usarse incluso en pacientes enfermos.

Los investigadores ahora planean desarrollar estrategias para proteger no solo los nanomedicamentos sino también los dispositivos médicos, como catéteres, stents y tubos de diálisis, que son igualmente susceptibles al ataque del complemento. También planean investigar otras proteínas protectoras además del Factor I.

"Estamos reconociendo ahora que hay todo un mundo de proteínas que podemos poner en la superficie de las nanopartículas para defenderlas del ataque inmunológico", dijo Brenner. + Explora más

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