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– El nanoportador seguro entrega medicamentos directamente a las células
Cortesía de TUM: Los medicamentos a menudo tienen efectos secundarios no deseados. Una de las razones es que no solo alcanzan las células enfermas para las que están destinadas, sino que también alcanzan y tienen un impacto en las células sanas. Investigadores de la Universidad Técnica de Múnich (TUM), en colaboración con el Real Instituto de Tecnología KTH de Estocolmo, han desarrollado un nanoportador estable para medicamentos. Un mecanismo especial asegura que los medicamentos solo se liberen en las células enfermas, usando ADN artificial.
El cuerpo humano está formado por miles de millones de células. En el caso del cáncer, el genoma de varias de estas células se modifica patológicamente de modo que las células se dividen de forma descontrolada. La causa de las infecciones por virus también se encuentra dentro de las células afectadas. Durante la quimioterapia, por ejemplo, se utilizan medicamentos para intentar destruir estas células. Sin embargo, la terapia afecta a todo el cuerpo, dañando también las células sanas y provocando efectos secundarios que a veces son bastante graves.
Un equipo de investigadores dirigido por el Profesor Oliver Lieleg, profesor de biomecánica y miembro de la Escuela de Bioingeniería de TUM Munich, y el Profesor Thomas Crouzier de la KTH ha desarrollado un sistema de transporte que libera los agentes activos de los medicamentos solo en las células afectadas. «Los portadores de medicamentos son aceptados por todas las células», explica Lieleg. «Pero solo las células enfermas deberían poder desencadenar la liberación del agente activo».
El ADN sintético mantiene cerrados los transportadores de medicamentos
Los científicos ahora han demostrado que el mecanismo funciona en sistemas de modelos de tumores basados en cultivos celulares. Primero empaquetaron los ingredientes activos. Para ello, utilizaron las llamadas mucinas, el ingrediente principal del moco que se encuentra, por ejemplo, en las membranas mucosas de la boca, el estómago y los intestinos. Las mucinas consisten en un fondo proteico al que se acoplan las moléculas de azúcar. «Dado que las mucinas se producen de forma natural en el cuerpo, las células pueden descomponer las partículas abiertas de mucina», dice Lieleg.
Otra parte importante del paquete también se encuentra naturalmente en el cuerpo: el ácido desoxirribonucleico (ADN), el portador de nuestra información genética. Los investigadores crearon sintéticamente estructuras de ADN con las propiedades que deseaban y unieron químicamente estas estructuras a las mucinas. Si ahora se agrega glicerol a la solución que contiene las moléculas de ADN de mucina y el ingrediente activo, la solubilidad de las mucinas disminuye, se pliegan y encierran el agente activo. Las hebras de ADN se unen entre sí y, por lo tanto, estabilizan la estructura para que las mucinas ya no puedan desplegarse.
Del candado a la llave
Las partículas estabilizadas con ADN solo pueden abrirse con la «llave» correcta para liberar una vez más las moléculas de agente activo encapsuladas. Aquí los investigadores utilizan lo que se denominan moléculas de microARN. El ARN o ácido ribonucleico tiene una estructura muy similar a la del ADN y juega un papel importante en la síntesis de proteínas del cuerpo; también puede regular otros procesos celulares.
«Las células cancerosas contienen hebras de microARN cuya estructura conocemos con precisión», explica Ceren Kimna, autora principal del estudio. «Para usarlos como llaves, modificamos la cerradura en consecuencia diseñando meticulosamente las hebras de ADN sintético que estabilizan nuestras partículas portadoras de medicamentos». Las hebras de ADN están estructuradas de tal manera que el microARN puede unirse a ellas y, como resultado, romper los enlaces existentes que estabilizan la estructura. Las cadenas de ADN sintético en las partículas también se pueden adaptar a las estructuras de microARN que ocurren con otras enfermedades como la diabetes o la hepatitis.
La aplicación clínica del nuevo mecanismo aún no se ha probado; En primer lugar, se necesitan investigaciones de laboratorio adicionales con sistemas de modelos de tumores más complejos. Los investigadores también planean investigar la modificación adicional de este mecanismo para liberar agentes activos con el fin de mejorar las terapias contra el cáncer existentes.
Publicaciones: Ceren Kimna, Theresa Monika Lutz, Hongji Yan, Jian Song, Thomas Crouzier y Oliver Lieleg: hebras de ADN desencadenan la liberación intracelular de fármacos a partir de nanoportadores a base de mucina, ACS Nano
DOI: 10.1021 / acsnano.0c04035
Más información: El laboratorio del Prof. Lieleg es parte de la Escuela de Bioingeniería de Munich (MSB). Este centro de investigación interdisciplinario de TUM es la institución universitaria más multidisciplinaria de Europa centrada en la interfaz entre la medicina, la ingeniería y las ciencias naturales.
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