Los investigadores de Johns Hopkins Medicine han desarrollado una prueba codificada por colores que indica rápidamente si las nanopartículas recientemente desarrolladas (compartimentos ultra pequeños diseñados para transportar medicamentos, vacunas y otras terapias) entregan su carga en las células objetivo. Históricamente, las nanopartículas tienen una tasa de entrega muy baja al citosol, el compartimento interior de las células, liberando solo entre el 1% y el 2% de su contenido. La nueva herramienta de prueba, diseñada específicamente para probar nanopartículas, podría avanzar en la búsqueda de medicamentos biológicos de próxima generación. La tecnología se basa en nanopartículas que se utilizan actualmente contra el cáncer y las enfermedades oculares, y en vacunas contra virus, incluido el SARS-CoV-2, el virus que causa la COVID-19.

Los investigadores informan sobre los detalles de la herramienta, probada en células de ratón cultivadas en el laboratorio y en ratones vivos, en la edición del 5 de enero de Science Advances. .

"Muchas de las herramientas de evaluación actuales para nanopartículas solo prueban si una nanopartícula llega a una célula, no si la terapia puede escapar con éxito del entorno degradante del endosoma para llegar al interior del citosol de la célula, que es donde debe ubicarse el medicamento para desempeño", dice Jordan Green, Ph.D., profesor de ingeniería biomédica en la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins. La nueva herramienta se creó para rastrear la ubicación y la liberación de nanopartículas, dijo.

Investigaciones anteriores han estimado que solo entre el 1% y el 2% de las nanopartículas "comidas" por las células pueden escapar de los compartimentos celulares que las atrapan para evitar ser digeridas o "escupir". Además de las propiedades de su carga, las propiedades químicas de una nanopartícula determinan si una célula la acepta y si es capaz de evadir sus defensas celulares.

Para superar tales obstáculos para la entrega final, Green y su equipo diseñaron una herramienta de detección que evalúa cientos de formulaciones de nanopartículas en su capacidad no solo para llegar a una célula, sino también en la eficiencia con la que la nanopartícula puede escapar con su carga para llegar al interior de una célula.

La prueba utiliza células de ratón cultivadas en el laboratorio que están modificadas genéticamente para llevar un marcador fluorescente llamado Gal8-mRuby, que brilla de color rojo anaranjado cuando se abre una envoltura celular que envuelve una nanopartícula, liberando su carga en la célula.

Luego, las imágenes del proceso se analizan mediante un programa informático que rastrea rápidamente la ubicación de las nanopartículas utilizando luz fluorescente roja y cuantifica la eficacia de las nanopartículas para ser liberadas en la célula al evaluar la cantidad de luz fluorescente naranja-roja. Con esta técnica, un laboratorio puede examinar cientos de nanopartículas únicas para su entrega en unas pocas horas, con información detallada sobre la absorción de las nanopartículas y la entrega de su carga.

En experimentos con ratones, Green y su equipo administraron nanopartículas biodegradables que portaban ARNm que codificaba un gen llamado luciferasa, que hace que las células brillen. Luego, los investigadores rastrearon si las células del ratón aceptaban el gen y comenzaban a expresarlo, iluminando las células objetivo como una luciérnaga.

El equipo de Green descubrió que las nanopartículas de mayor rendimiento en las pruebas celulares tenían una alta correlación positiva con el rendimiento de la entrega de genes de nanopartículas en ratones vivos, lo que demuestra que el ensayo de nanopartículas es un buen predictor de la entrega exitosa de la carga.

En otros estudios con ratones, los investigadores descubrieron que diferentes combinaciones de grupos químicos en las nanopartículas basadas en polímeros llevaron a las nanopartículas a apuntar a diferentes tipos de tejidos. Al analizar cómo se comportaban las partículas en el cuerpo del ratón, los investigadores encontraron que las propiedades químicas del polímero podrían dirigir la terapia génica de nanopartículas a células objetivo específicas, como las células endoteliales en los pulmones o las células B en el bazo.

"Al ajustar pequeños cambios químicos, podemos dirigir una nanopartícula a tejidos específicos e incluso a células específicas", dijo Green. "Esto nos permitiría desarrollar terapias administradas con mayor precisión, lo que podría mejorar tanto la eficacia como la seguridad".

La administración de nanopartículas de medicamentos biológicos es un campo en crecimiento, particularmente para terapias génicas y vacunas.

Otros investigadores involucrados en el estudio incluyen a Yuan Rui, David R. Wilson, Stephany Y. Tzeng, Hannah M. Yamagata, Deepti Sudhakar, Cynthia A. Berlinicke y Donald J. Zack de la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins; Marranne Conge de la Facultad de Medicina y Berea College de la Universidad Johns Hopkins; y Anthony Tuesca de AstraZeneca. + Explora más

Las cubiertas del virus de la gripe podrían mejorar la entrega de ARNm a las células