¿Cómo podemos garantizar que los medicamentos o las terapias genéticas que salvan vidas lleguen a las células diana previstas sin causar efectos secundarios dañinos? Investigadores de Helmholtz Munich, Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) y la Universidad Técnica de Munich (TUM) han dado un paso importante para responder a esta pregunta. Han desarrollado un método que, por primera vez, permite la detección precisa de nanoportadores (pequeños vehículos de transporte) al nivel de una sola célula en todo el cuerpo del ratón. La innovación, denominada “Perfiles de nanoportadores de células individuales” o “SCP-Nano” para abreviar, combina imágenes avanzadas con inteligencia artificial para proporcionar información sin precedentes sobre la funcionalidad de las terapias basadas en nanotecnología. Los hallazgos, publicados en Nature Biotechnology, allanan el camino para tratamientos más seguros y eficaces, incluidas las vacunas de ARNm y la terapia génica.
El papel de los nanoportadores en la medicina moderna
Los nanoportadores desempeñarán un papel central en la próxima ola de medicamentos que salvarán vidas. Permiten la administración dirigida de fármacos, genes o proteínas a las células de los pacientes. Con SCP-Nano, los investigadores pueden analizar la distribución de dosis extremadamente bajas de nanoportadores en todo el cuerpo de un ratón y visualizar cada célula que los ha absorbido. SCP-Nano combina limpieza óptica de tejido, imágenes de microscopía de lámina de luz y algoritmos de aprendizaje profundo. En primer lugar, todo el cuerpo del ratón se vuelve transparente. Después de obtener imágenes tridimensionales de cadáveres completos de ratones, se pueden identificar nanoportadores dentro de tejidos transparentes hasta el nivel de una sola célula. Al combinar el análisis basado en IA, los investigadores pueden predecir qué células y tejidos interactúan con los nanoportadores y dónde ocurre esto.
Aplicaciones prácticas de SCP-Nano
Ejemplos de nanoportadores analizados por Ali Erturk, director del Instituto de Biotecnologías Inteligentes (iBIO) en Helmholtz Munich y su equipo utilizando SCP-Nano incluyen nanopartículas lipídicas (LNP), estructuras de origami de ADN y virus adenoasociados (AAV). Estos nanoportadores son esenciales para terapias avanzadas que abordan enfermedades desde sus raíces celulares, cada uno con propiedades únicas que los hacen adecuados para diferentes aplicaciones. Las estructuras de origami de ADN son fácilmente programables y los AAV son portadores muy eficientes para la terapia génica. Las LNP facilitan la administración de ARN, incluidas vacunas avanzadas de ARNm y una amplia gama de otras terapias de ARN. Utilizando SCP-Nano, los investigadores demostraron que las estructuras de origami de ADN pueden apuntar preferentemente a las células inmunes, mientras que las variantes de AAV se dirigen a diferentes regiones del cerebro y del tejido adiposo. Es importante destacar que la plataforma también reveló que las nanopartículas lipídicas tratadas con miARN podrían acumularse en el tejido cardíaco. Por lo tanto, los investigadores que utilizan SCP-Nano pueden detectar tejidos fuera del objetivo potencialmente difíciles y las toxicidades asociadas antes de ingresar a los ensayos clínicos, allanando el camino para el desarrollo de terapias de ARNm más seguras.
Visualizando nanoportadores con una precisión sin precedentes
“Con SCP-Nano, podemos detectar nanoportadores en todo el cuerpo en dosis increíblemente bajas, hasta 0,0005 mg/kg”, dice el Dr. Ji Luo, primer autor del estudio. “Esto nos da una perspectiva completamente nueva sobre cómo estos pequeños vehículos de transporte interactúan con órganos y células”. Luo enfatiza que esto es particularmente importante dado que SCP-Nano puede identificar depósitos no deseados en el corazón o el hígado.
El enfoque de NanoCarrier se compara con un servicio de entrega de paquetes, explica Ertrik: “Cada NanoCarrier es como un paquete con una carga útil importante que debe entregarse exactamente en el apartamento correcto, no solo en el de al lado. SCP-Nano nos permite rastrear exactamente dónde se encuentran estos paquetes. se entregan, ya sea que lleguen a su destino previsto o si accidentalmente terminan en lugares no deseados”.
Impulsando la innovación en medicina personalizada
SCP-Nano permite a los investigadores identificar con precisión dónde se acumulan los nanoportadores y visualizar sus interacciones con las células objetivo, un requisito crítico para aplicaciones de nanoportadores seguras y efectivas. “SCP-Nano no sólo ayudará a evaluar la seguridad de los nanoportadores existentes, sino que también avanzará en el desarrollo de nuevas aplicaciones altamente específicas”, dice Luo. “La plataforma también podría ayudar a controlar el éxito de los tratamientos con miARN o detectar posibles efectos secundarios de forma temprana”.
Una nueva era para el desarrollo de fármacos y terapias personalizadas
Al combinar las últimas tecnologías de imágenes e inteligencia artificial, SCP-Nano proporciona a los investigadores y médicos un nuevo nivel de comprensión de cómo las terapias interactúan con el cuerpo y pueden extenderse fácilmente a los tejidos y órganos humanos. “A menudo se habla de medicina de precisión y administración dirigida, pero las herramientas escalables y eficientes para esto son limitadas. Este nuevo enfoque ofrece una solución a un desafío importante en el desarrollo de fármacos”, concluyó el profesor Arturke.
Con su capacidad para reducir los efectos secundarios y aumentar la precisión terapéutica, SCP-Nano es un paso importante hacia tratamientos más seguros y eficaces en áreas como el tratamiento del cáncer, la terapia génica y el desarrollo de vacunas. Esta innovación no solo aborda los principales desafíos en el desarrollo de tecnologías basadas en nanoportadores, sino que también avanza el futuro de la atención médica.
