Ingenieros de la Universidad de California en San Diego han desarrollado nanopartículas modulares que se pueden personalizar fácilmente para atacar diferentes entidades biológicas como tumores, virus o toxinas. La superficie de las nanopartículas está diseñada para albergar cualquier molécula biológica de su elección, lo que permite adaptar las nanopartículas para una amplia gama de aplicaciones, que van desde la administración dirigida de fármacos hasta agentes biológicos neutralizantes.

La belleza de esta tecnología radica en su simplicidad y eficiencia. En lugar de crear nanopartículas completamente nuevas para cada aplicación específica, los investigadores ahora pueden emplear una base de nanopartículas modular y unir cómodamente proteínas dirigidas a una entidad biológica deseada.

En el pasado, crear nanopartículas distintas para diferentes objetivos biológicos requería pasar por un proceso sintético diferente de principio a fin cada vez. Pero con esta nueva técnica, la misma base modular de nanopartículas se puede modificar fácilmente para crear un conjunto completo de nanopartículas especializadas.

"Se trata de una tecnología de plataforma plug and play que permite la modificación rápida de una nanopartícula biológica funcional", afirmó Liangfang Zhang, profesor de nanoingeniería en la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego.

Zhang y su equipo detallan su trabajo en un artículo titulado "Un enfoque modular para mejorar la funcionalidad de las nanopartículas recubiertas de membrana celular mediante ingeniería genética", publicado el 30 de octubre en Nature Nanotechnology. .

Las nanopartículas modulares consisten en núcleos de polímeros biodegradables recubiertos con membranas celulares modificadas genéticamente. La clave de su diseño modular es un par de proteínas sintéticas, conocidas como SpyCatcher y SpyTag, que están diseñadas específicamente para unirse de forma espontánea y exclusiva entre sí. Este par se utiliza habitualmente en la investigación biológica para combinar varias proteínas.

En este estudio, Zhang y su equipo aprovecharon la pareja para crear un sistema para unir proteínas de interés a la superficie de una nanopartícula con facilidad.

Así es como funciona:SpyCatcher está incrustado en la superficie de la nanopartícula, mientras que SpyTag está vinculado químicamente a una proteína de interés, como una que apunta a tumores o virus. Cuando las proteínas unidas a SpyTag entran en contacto con las nanopartículas decoradas con SpyCatcher, se unen fácilmente entre sí, lo que permite que las proteínas de interés se unan sin esfuerzo a la superficie de la nanopartícula.

Por ejemplo, para atacar tumores, SpyTag se puede vincular a una proteína diseñada para buscar células tumorales, y esa proteína vinculada a SpyTag luego se une a la nanopartícula. Si el objetivo cambia a un virus específico, el proceso es igualmente sencillo:simplemente vincule SpyTag a una proteína dirigida al virus y fíjela a la superficie de la nanopartícula.

"Es un enfoque muy simple, racionalizado y directo para funcionalizar nanopartículas para cualquier aplicación biológica", afirmó Zhang.

Para crear las nanopartículas modulares, los investigadores primero diseñaron genéticamente células de riñón embrionario humano (HEK) 293, una línea celular comúnmente utilizada en la investigación biológica, para expresar proteínas SpyCatcher en su superficie. Luego se aislaron las membranas celulares, se rompieron en pedazos más pequeños y se recubrieron con nanopartículas de polímero biodegradable.

Posteriormente, estas nanopartículas se mezclaron con proteínas unidas a SpyTag. En este estudio, los investigadores utilizaron dos proteínas diferentes:una dirigida al receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGFR) y la otra dirigida al receptor 2 del factor de crecimiento epidérmico humano (HER2), las cuales prevalecen en la superficie de varias células cancerosas. P>

Como prueba de concepto, los investigadores probaron estas nanopartículas en ratones con tumores de ovario. Las nanopartículas se cargaron con docetaxel, un medicamento de quimioterapia, y se administraron a ratones mediante inyección intravenosa cada tres días hasta un total de cuatro inyecciones. El tratamiento con estas nanopartículas suprimió el crecimiento tumoral y mejoró la tasa de supervivencia. Los ratones tratados tuvieron una mediana de supervivencia de 63 a 71 días, mientras que la mediana de supervivencia de los ratones no tratados fue de 24 a 29 días.

Los investigadores buscan mejorar aún más la plataforma modular de nanopartículas para la administración dirigida de fármacos.

Además del tratamiento del cáncer, Zhang está entusiasmado con otras posibles aplicaciones de esta tecnología. "Como tenemos una base de nanopartículas modular, podemos colocar fácilmente un agente neutralizante en la superficie para neutralizar virus y toxinas biológicas", afirmó.

"También existe la posibilidad de crear vacunas uniendo un antígeno a la superficie de la nanopartícula utilizando esta plataforma modular. Esto abre la puerta a una variedad de nuevos enfoques terapéuticos".

Más información: Un enfoque modular para mejorar la funcionalidad de las nanopartículas recubiertas de membranas celulares mediante ingeniería genética, Nature Nanotechnology (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01533-w

Información de la revista: Nanotecnología de la naturaleza

Proporcionado por la Universidad de California - San Diego