Cada célula del cuerpo tiene su propio sistema de administración único en el que los científicos están trabajando para administrar productos biológicos revolucionarios (moléculas como proteínas, ARN y combinaciones de los dos) a partes enfermas específicas del cuerpo.
Un nuevo estudio de la Universidad Northwestern secuestró el sistema de tránsito y envió pequeños contenedores del tamaño de un virus para entregar de manera eficiente proteínas diseñadas a sus células objetivo y desencadenar cambios en la expresión genética de la célula. El avance se logró alentando a las proteínas diseñadas a moverse hacia una estructura de membrana celular específica que, según descubrieron los investigadores, aumentaba las posibilidades de que la proteína se aferrara al recipiente.
Publicado en la revista julio. Comunicaciones de la naturalezael artículo afirma que la nueva técnica se puede generalizar, allanando el camino para la administración dirigida de fármacos biológicos.
El estudio acerca a los investigadores a superar un obstáculo importante para el desarrollo de fármacos biomédicos: determinar cómo proteger las moléculas críticas del cuerpo y garantizar que lleguen a las células enfermas correctas del paciente sin infectarlas.
La investigación combinó el trabajo de dos laboratorios del Centro de Biología Sintética de Northwestern: la ingeniera biomédica Neha Kamat y el ingeniero químico y biológico Josh Leonard. El Commit Lab se ha centrado principalmente en el diseño de contenedores sintéticos y utiliza principios biofísicos para controlar otras moléculas dirigidas a las células. El laboratorio de Leonard desarrolla herramientas para crear estos contenedores de entrega natural, llamados vesículas extracelulares (EV).
“Estábamos interesados en aplicar algunos de los conocimientos biofísicos que han surgido sobre cómo las proteínas se localizan en estructuras de membrana específicas para que podamos secuestrar este sistema natural”, dijo Kamat, coautor del artículo y profesor asociado de la Escuela McCormick. . Ingeniería. “En este estudio, exploramos métodos generales para cargar drogas de manera muy eficiente en estas vesículas preservando su función.
La clave para este enfoque de “carga de carga” son los sitios en las membranas celulares llamados balsas de lípidos. Estas regiones están más estructuradas que el resto de la membrana y contienen de manera confiable proteínas y lípidos específicos.
“Algunas personas piensan que las balsas de lípidos desempeñan un papel en la generación de vehículos eléctricos, porque las membranas de los vehículos eléctricos contienen los mismos lípidos que se encuentran en las balsas de lípidos”, dijo Justin Perizo, estudiante de doctorado en el laboratorio de Kamat, que codirigió el estudio con Taylor Gunnells. . Gunnels continúa trabajando en el laboratorio y Peruzzi, que completó su doctorado, trabaja como científica en una empresa farmacéutica basada en proteínas. “Presumimos que si diseñábamos proteínas para que se unieran a las balsas de lípidos, podrían cargarse en vesículas, lo que les permitiría ser transportadas a otras células”.
El equipo utilizó bases de datos de proteínas y experimentos de laboratorio para determinar que la asociación de balsas de lípidos es una forma eficiente de cargar proteínas en los vehículos eléctricos, lo que permite cargar 240 veces más proteínas en las vesículas.
Tras descubrir este principio biofísico, los investigadores demostraron la aplicación práctica de este método. Diseñaron las células para producir una proteína llamada factor de transcripción, la cargaron en vehículos eléctricos y luego la introdujeron en la célula para alterar la expresión genética de la célula receptora: la función de la proteína en el momento de su entrega.
Kamat y Leonard dijeron que el principal desafío al cargar materiales terapéuticos en vehículos eléctricos es que las células productoras y las células receptoras a menudo son incompatibles entre sí. En una célula productora de vehículos eléctricos, por ejemplo, se puede diseñar la carga terapéutica para que se una firmemente a una membrana para aumentar la probabilidad de que se transfiera al vehículo eléctrico que se lanzará próximamente. Sin embargo, este mismo comportamiento suele ser indeseable en la célula receptora porque la carga atrapada en la membrana puede estar inactiva. En cambio, lo que se desea es que esos vehículos eléctricos de carga abandonen la membrana y se muevan hacia el núcleo celular para llevar a cabo su función biológica. La respuesta fue la creación de carga con funciones reversibles.
“Las herramientas que permiten la asociación reversible de membranas pueden ser realmente poderosas a la hora de desarrollar fármacos basados en vehículos eléctricos”, afirmó Gunnels. “Aunque todavía no estamos seguros del mecanismo exacto, vemos evidencia de esta reversión con nuestro enfoque. Pudimos demostrar que al modular las interacciones lípido-proteína, podríamos usar nuestro modelo para cargar y administrar funcionalmente una carga terapéutica. Estamos ansiosos por utilizar este enfoque para cargar moléculas terapéuticamente relevantes, como los sistemas de edición de genes CRISPR”.
Los investigadores dijeron que están ansiosos por probar el enfoque con cargamentos de medicamentos para aplicaciones de enfermedades en inmunoterapia y medicina regenerativa.
Leonard, coautor correspondiente y profesor McCormick, dijo: “Si podemos cargar biomedicinas activas en vehículos eléctricos que están diseñados solo para administrar estas biomoléculas a las células enfermas, podemos tratar todo tipo de enfermedades. Podemos abrir puertas para “Debido a la generalidad que observamos en nuestro sistema, creemos que los resultados de este estudio se pueden aplicar para ofrecer una amplia gama de cargas terapéuticas para diferentes estados patológicos”.
