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Ingenieros de la Universidad de California en San Diego han desarrollado nanopartículas modulares que se pueden personalizar fácilmente para combatir virus, cáncer o toxinas. Debido a que la superficie de las nanopartículas está diseñada para acomodar cualquier molécula biológica deseada, se pueden adaptar para una variedad de aplicaciones, como la neutralización de agentes biológicos o la administración dirigida de fármacos.
La eficiencia y sencillez de esta tecnología la hacen tan atractiva. En lugar de desarrollar nanopartículas únicas para cada caso de uso, los científicos ahora pueden usar una base de nanopartículas modular para unir fácilmente proteínas diseñadas para apuntar a un objetivo biológico específico.
Los métodos anteriores implicaban pasar por un nuevo proceso de síntesis de principio a fin para crear nanopartículas únicas para diversos fines biológicos. Sin embargo, con este novedoso método, se puede crear fácilmente una gama completa de nanopartículas especializadas modificando la misma base modular de nanopartículas.
Se trata de una tecnología de plataforma plug-and-play que permite la modificación rápida de una nanopartícula biológica funcional..
Liangfang Zhang, profesor de nanoingeniería. Escuela de Ingeniería Jacobs, Universidad de California, San Diego
Un estudio realizado por Zhang y su equipo que describe su investigación fue publicado en Nanotecnología de la naturaleza el 30 de octubreTh2023.
Las membranas celulares genéticamente modificadas se aplican a núcleos de polímeros biodegradables para crear nanopartículas modulares. El secreto de su estructura modular es un par de proteínas artificiales llamadas SpyCatcher y SpyTag, que están diseñadas para conectarse de forma exclusiva y espontánea.
En la investigación biológica, este par se utiliza a menudo para combinar diferentes proteínas. En este estudio, Zhang y su equipo utilizaron ambos para desarrollar fácilmente un método para unir proteínas de interés a la superficie de una nanopartícula.
Así es como funciona: SpyTag está unido químicamente a una proteína de interés, como una proteína que ataca virus o cánceres, mientras que SpyCatcher está unido a la superficie de la nanopartícula. Las proteínas unidas a SpyTag se unen fácilmente a las nanopartículas decoradas con SpyCatcher cuando entran en contacto entre sí, lo que permite que las proteínas objetivo se adhieran fácilmente a la superficie de la nanopartícula.
Por ejemplo, SpyTag se puede vincular a una proteína que encuentra células tumorales para atacar los tumores; La proteína, que luego se une a SpyTag, se une a la nanopartícula. El proceso es igual de simple si el objetivo es un virus específico: adjunte SpyTag a la superficie de la nanopartícula y vincúlelo a una proteína que apunta al virus.
Es un enfoque muy simple, eficiente y directo para funcionalizar nanopartículas para cualquier aplicación biológica..
Liangfang Zhang, profesor de nanoingeniería. Escuela de Ingeniería Jacobs, Universidad de California, San Diego
Las células de riñón embrionario humano (HEK) 293, una línea celular comúnmente utilizada en la investigación biológica, fueron modificadas genéticamente por primera vez para crear proteínas SpyCatcher en su superficie para que los investigadores pudieran crear nanopartículas modulares. Después de la separación y fragmentación, las membranas celulares se depositaron sobre nanopartículas poliméricas biodegradables.
Luego, las nanopartículas se combinaron con proteínas unidas a SpyTag. Los investigadores utilizaron dos proteínas separadas en este estudio: una que se dirige al receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGFR) y la otra que se dirige al receptor 2 del factor de crecimiento epidérmico humano (HER2), ambas se encuentran en la superficie de las células cancerosas.
Como prueba de concepto, las nanopartículas se probaron en ratones con cáncer de ovario. Docetaxel, un fármaco de quimioterapia, se añadió a las nanopartículas y se administró a ratones mediante una inyección intravenosa cada tres días, para un total de cuatro inyecciones. El tratamiento con estas nanopartículas inhibió el desarrollo de tumores y aumentó las tasas de supervivencia. Los ratones no tratados tuvieron una mediana de supervivencia de 24 a 29 días, mientras que los ratones tratados tuvieron una mediana de supervivencia de 63 a 71 días.
Los investigadores están trabajando en el desarrollo de una plataforma modular de nanopartículas para la administración dirigida de fármacos.
Zhang está entusiasmado con las posibles aplicaciones de esta técnica más allá del tratamiento del cáncer.
Zhang comentó: “Debido a que tenemos una base de nanopartículas modular, podemos unir fácilmente un agente neutralizante a la superficie para neutralizar virus y toxinas biológicas. También existe la posibilidad de utilizar esta plataforma modular para desarrollar vacunas uniendo un antígeno a la superficie de la nanopartícula. Esto abre la puerta a una variedad de nuevos enfoques terapéuticos.«
Los Institutos Nacionales de Salud (R01CA200574, R21AI159492 y R21AI175904), la Fundación Nacional de Ciencias (DMR-1904702) y la Oficina Conjunta de Ciencia y Tecnología para la Defensa Química y Biológica de la Agencia de Reducción de Amenazas de Defensa (HDTRA1-21-1-0010) contribuyeron financiación disponible para este trabajo.
Referencia de la revista:
Krishnan, N., et al. (2023) Un enfoque modular para mejorar la funcionalidad de nanopartículas recubiertas de membranas celulares mediante ingeniería genética. Nanotecnología de la naturaleza. doi:10.1038/s41565-023-01533-w
Fuente: https://www.ucsd.edu/
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