Usando diminutos fragmentos de ADN como “códigos de barras,” los investigadores han desarrollado una nueva técnica para examinar rápidamente la capacidad de las nanopartículas para distribuir selectivamente genes terapéuticos a órganos específicos del cuerpo. Esta técnica podría acelerar el desarrollo y uso de terapias de genes para padecimientos graves tales como enfermedades cardiacas, cáncer o el mal de Parkinson.
Las nanoparticulas y su rol en la biomedicina
Las terapias genéticas, como las creadas a partir del ADN o el ARN, son complicadas de aplicar a las células correctas en el cuerpo. Durante los últimos 20 años, los científicos han estado desarrollando nanopartículas obtenidas de una amplia variedad de materiales y compuestos añadidos como el colesterol, para ayudar a transportar estos agentes terapéuticos a las células.
Sin embargo, el veloz desarrollo de los transportadores de nanopartículas ha dado como resultado un serio cuello de botella: las nanopartículas tienen que ser probadas, primero en un cultivo celular, antes de que una pequeña cantidad de ellas sean sometidas a pruebas en animales. Con millones de combinaciones posibles, identificar la nanopartícula óptima para llegar a cada órgano era un proceso altamente ineficiente.
La nueva técnica que permitirá el desarrollo de las nanopartículas
Usando fragmentos de ADN de tan sólo 58 nucleótidos de longitud, investigadores de la Universidad de Florida, del Instituto Tecnológico de Georgia y el Instituto Tecnológico de Massachusetts han creado una nueva técnica de examinación que omite todo el proceso de los cultivos celulares — y podría permitir que cientos de diferentes tipos de nanopartículas sean probadas simultáneamente en tan sólo un puñado de animales.
La investigación original fue realizada en los laboratorios del Profesor Robert Langer, del Instituto David H. Koch, y de Daniel Anderson, Profesor Samuel A. Goldsmith de Biología Aplicada del MIT. Auspiciada por los National Institutes of Health, la investigación fue presentada el 6 de Febrero en la publicación Proceedings de la Academia Nacional de Ciencias.
“Queremos tener un alto nivel de comprensión sobre cuáles factores que afectan la distribución de nanopartículas, son importantes,” comentó James Dahlman, profesor auxiliar en el Departamento Wallace H. Coulter de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Georgia Tech y de la Universidad Emory, ex estudiante de posgrado del Profesor Langer, autor principal del estudio, y uno de los autores de la publicación. “Esta nueva técnica no sólo nos permite entender qué factores son relevantes, sino también la forma en que los factores de enfermedades intervienen en el proceso.”
El nuevo proceso
Para preparar las nanopartículas para las pruebas, los investigadores insertan un fragmento de ADN asignado para cada clase de nanopartícula. Luego, se inyectan las nanopartículas en ratones, cuyos órganos son examinados en busca de los códigos de barras. Al utilizar la misma tecnología que los científicos usan para secuenciar el genoma, muchas nanopartículas pueden ser probadas simultáneamente, cada una identificada por su código de barras único de ADN.
Los investigadores no sólo están interesados en saber qué nanopartículas distribuyen los agentes terapéuticos con mayor efectividad, sino también cuáles pueden distribuirlos selectivamente a órganos específicos. Agentes terapéuticos dirigidos a tumores, por ejemplo, deben ser llevados sólo al tumor y no a los tejidos adyacentes. Asimismo, los agentes terapéuticos para enfermedades cardíacas deben acumularse de forma selectiva en el corazón.
Aunque gran parte del estudio se centró en validar estrategias de control, los investigadores probaron cómo se distribuyeron 30 partículas diferentes en ocho tejidos distintos de un modelo animal. Este “mapa de calor” de direccionamiento de nanopartículas mostró que algunas de ellas no fueron aceptadas en absoluto, mientras que otras sí llegaron a varios órganos. Las pruebas incluyeron nanopartículas que previamente demostraron ingresar selectivamente a los pulmones y el hígado, y los resultados de esta nueva técnica fueron consistentes con lo que ya se sabía acerca de esas nanopartículas.
El futuro de las nanopartículas
Las secuencias de códigos de barras de un solo fragmento de ADN son aproximadamente del mismo tamaño que los oligonucleótidos anti sentido, micro RNAs y RNAips desarrollados para posibles usos terapéuticos. Otros agentes terapéuticos de origen genético son más grandes, y se necesitarán investigaciones adicionales para determinar si la técnica podría ser aplicada en estos. En la investigación divulgada esta semana, las nanopartículas no fueron utilizadas para distribuir agentes terapéuticos activos, aunque eso sería un paso a corto plazo.
“En futuros trabajos, esperamos desarrollar mil partículas y en lugar de evaluarlas de tres en tres, esperaríamos probar cientos de ellas simultáneamente,” añadió Dahlman. “Las nanopartículas pueden ser muy complicadas porque para cada biomaterial disponible, se podrían desarrollar varios cientos de nanopartículas de diferentes tamaños y con diferentes compuestos añadidos.”
Una vez identificadas a través de las pruebas, las nanopartículas prometedoras se someterían a pruebas adicionales para verificar su capacidad para distribuir agentes terapéuticos. Además de acelerar el proceso de revisión, esta nueva técnica podría necesitar menos animales — tal vez no más de tres para cada grupo de nanopartículas examinadas.
Hay algunas restricciones a tomar en cuenta con esta técnica. Para evitar la posibilidad de que las nanopartículas se combinen, solamente las estructuras que sean estables en un medio acuoso pueden ser examinadas. Sólo las nanopartículas no tóxicas pueden ser revisadas, y los investigadores deben prevenir inflamaciones potenciales causadas por el ADN insertado.
En el laboratorio de Langer y Anderson, Dahlman colaboró con Kevin Kauffman, quien aún se encuentra en el MIT, y con Eric Wang, quien ahora es Profesor auxiliar en la Universidad de Florida. Otros coautores de la publicación son Yiping Xing, Taylor Shaw, Faryal Mir y Chloe Dlott, quienes también pertenecen al MIT.
“Las terapias de ácidos nucleicos parecen muy prometedoras para tratar una variedad de enfermedades graves,” dijo Dahlman. “Esperamos que esta técnica sea ampliamente aplicada en el campo, y que a la larga consiga mostrar con mayor claridad cómo estos fármacos afectan las células — y cómo podemos hacer que lleguen a las partes del cuerpo adecuadas.”
Fuente: sciencedaily.com
Fecha: 7 de febrero de 2017
Link: https://www.sciencedaily.com/releases/2017/02/170207105318.htm
Fuente de la historia:
Materiales proporcionados por el Instituto Tecnológico de Georgia. Escrito originalmente por John Toon. Nota: el contenido podría haber sido editado en estilo y extensión.
Referencia de la Publicación:
James E. Dahlman, Kevin J. Kauffman, Yiping Xing, Taylor E. Shaw, Faryal F. Mir, Chloe C. Dlott, Robert Langer, Daniel G. Anderson, Eric T. Wang. Barcoded nanoparticles for high throughput in vivo discovery of targeted therapeutics. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2017; 201620874 DOI: 10.1073/pnas.1620874114
Nota: Instituto Nutrigenómica no se hace responsable de las opiniones expresadas en el presente artículo.
