La entrega intracelular de proteínas es una técnica importante para revelar las funciones celulares, la estructura del complejo proteico y la terapéutica. Sin embargo, los métodos de entrega convencionales tienen varias limitaciones.
Para abordar esto, investigadores de Japón han desarrollado un novedoso sistema de sello de nanotubos híbridos (HyNT) que puede producir múltiples proteínas con altas tasas de eficiencia y viabilidad. Este sistema representa un avance en la administración de proteínas intracelulares, ya que ofrece una inyección precisa de agentes terapéuticos en las células diana.
En el panorama médico actual, la medicina de precisión y las terapias dirigidas están ganando terreno por su capacidad de adaptar tratamientos a pacientes individuales y al mismo tiempo minimizar los efectos adversos.
Los métodos convencionales, como las técnicas de transferencia de genes, son prometedores a la hora de administrar genes terapéuticos directamente a las células para abordar diversas enfermedades. Sin embargo, estos métodos enfrentan importantes inconvenientes, lo que dificulta su eficacia y seguridad.
La administración intracelular de proteínas ofrece un enfoque prometedor para desarrollar terapias más seguras, específicas y eficaces. Al transferir directamente proteínas a las células diana, este método evita problemas como el silenciamiento durante la transcripción y la traducción y el riesgo de mutaciones indeseables por la inserción del ADN. Además, la administración de proteínas intracelulares permite una distribución precisa de proteínas terapéuticas dentro de las células diana sin causar toxicidad.
Un grupo de investigadores dirigido por el profesor Takeo Miyake de la Universidad de Waseda (Japón), en colaboración con el Grupo Mikawa del Instituto RIKEN, ha desarrollado un sistema de sello de nanotubos híbrido para la administración intracelular de proteínas. Esta técnica innovadora permite la administración simultánea de diversas cargas, incluido el tinte calceína, la enzima lactato oxidasa (LOx) y la proteína ubiquitina (UQ), directamente en las células adhesivas para el tratamiento del cáncer.
Se publica un artículo que describe la investigación en Analytical Chemistry. . Este artículo es coautor del Dr. Tsutomu Mikawa, el Dr. Masaomi Ikari, el Dr. Hiromasa Yagi, el Dr. Naoya Tochio y el Dr. Takanori Kigawa del Centro RIKEN para la Investigación de Dinámica de Biosistemas, Japón, y el Sr. Bowen Zhang, el Sr. Bingfu Liu, el Sr. Zhouji Wu y el Sr. Kazuhiro Oyama de la Universidad de Waseda, Japón.
Miyake explica brevemente el montaje del sistema de sellos. "Los HyNT se sintetizaron mediante polimerización PEDOT en membranas de nanotubos de Au y luego se ensamblaron con un tubo de vidrio para crear un sello capaz de insertar físicamente HyNT en las células".
Los investigadores exploraron el potencial terapéutico de administrar la enzima LOx para el tratamiento del cáncer. "A través de nuestro innovador sistema de sello, logramos administrar LOx tanto en células madre mesenquimales (MSC) sanas como en células HeLa cancerosas. Si bien las células MSC no se vieron afectadas, observamos una muerte celular significativa en las células cancerosas HeLa después del tratamiento con LOx y su viabilidad disminuyó con el tiempo.
"Nuestros hallazgos resaltan la prometedora eficacia de LOx administrado intracelularmente para atacar y matar selectivamente las células cancerosas, preservando al mismo tiempo las células sanas, ofreciendo una estrategia terapéutica dirigida para el tratamiento del cáncer", explica Miyake.
Finalmente, el equipo entregó con éxito 15 Proteínas UQ marcadas con isótopos N en células HeLa utilizando el sistema de sello HyNT. Esta entrega permitió el análisis de estructuras proteicas complejas e interacciones dentro de las células.
Además, las imágenes ópticas y de fluorescencia confirmaron la presencia de UQ administrada en células HeLa, y la espectroscopia de resonancia magnética nuclear comparó la concentración de proteína UQ intracelular con la de una solución que contiene 15 UQ con etiqueta N.
Estos resultados demuestran la eficacia del sistema de sello a la hora de entregar proteínas objetivo para análisis posteriores.
Los resultados demuestran la notable capacidad del sistema de sello HyNT para administrar LOx y UQ en una cantidad sustancial de células adhesivas, como se requiere para las aplicaciones de medicina regenerativa.
El sistema logró una eficiencia de entrega notablemente alta del 89,9%, lo que indica su eficacia en el transporte de proteínas terapéuticas a las células diana con precisión. Además, la tasa de viabilidad celular del 97,1% resalta la capacidad del sistema para mantener la salud y la integridad de las células tratadas durante todo el proceso de administración.
El sistema de sello HyNT ofrece un potencial transformador en la administración de proteínas intracelulares, con aplicaciones que van desde el tratamiento del cáncer hasta el análisis molecular. Más allá de la medicina, su versatilidad se extiende a la agricultura y las industrias alimentarias, prometiendo avances en la producción de cultivos y el desarrollo de productos alimenticios.
Con manipulación celular precisa y entrega eficiente, el sistema de sello HyNT está preparado para revolucionar la investigación biomédica, la práctica clínica y diversas industrias, allanando el camino para intervenciones personalizadas y dando forma al futuro de la medicina moderna.
Más información: Bowen Zhang et al, Un sistema de sello de nanotubos híbrido en la administración de proteínas intracelulares para el tratamiento del cáncer y técnicas analíticas de RMN, Química analítica (2024). DOI:10.1021/acs.analchem.3c05331
Información de la revista: Química analítica
Proporcionado por la Universidad de Waseda
