Durante años, los investigadores han intentado aprovechar todo el potencial de la terapia génica, una técnica que inserta genes en las células de un paciente para tratar enfermedades agresivas como el cáncer. Pero introducir moléculas de ADN manipuladas en las células no es una tarea fácil.
J. Mark Meacham, profesor asistente de ingeniería mecánica y ciencia de materiales en la Universidad de Washington en St. Louis, lidera un equipo de investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas que ha desarrollado un método que permite la inserción efectiva de moléculas grandes, comocomo ADN, ARN y proteínas, dentro de las células y las impulsa hacia el núcleo celular.
Al combinar una técnica conocida como Poción de cizallamiento acústico ASP con electroforesis, el enfoque utiliza ondas de ultrasonido y fuerza mecánica enfocada para crear agujeros o poros a nanoescala en la membrana celular que son lo suficientemente grandes como para que entren grandes macromoléculas o nanopartículas.El interior de la celda.
Los investigadores escribieron que hasta ahora, ASP ha logrado una eficiencia de entrega de macromoléculas de más del 75 por ciento. La inserción o transfección de ADN, que es de mayor interés en la terapia génica, es significativamente más desafiante. Sin embargo, la aplicación combinada de fuerzas mecánicas y eléctricaspromovido por Meacham y sus colegas produce una mejora de aproximadamente el 100 por ciento en la transfección frente a la mecanoporación pura. Los resultados de la investigación se publican en Informes científicos .
"Hemos demostrado nuestra técnica de poración utilizando líneas celulares de cáncer y monocitos primarios derivados del paciente, lo cual es un logro importante, pero el objetivo final es utilizar el nuevo método combinado para modificar con éxito las células T del sistema inmunitario del paciente".Meacham dijo: "Tomaríamos células extraídas de un paciente, las examinaríamos a través de nuestro dispositivo y las modificaríamos, luego serían reintroducidas en el paciente. Ese es el Santo Grial de la medicina personalizada y las terapias genéticas emergentes".
El trabajo de Meacham viene inmediatamente después de la aprobación en agosto por parte de la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. De la primera terapia génica que usa células inmunes derivadas de pacientes en los EE. UU. Una segunda terapia de este tipo fue aprobada por la FDA en octubre. Las nuevas inmunoterapias,conocidas como terapias con células CAR-T, implican la inserción de un gen en las propias células inmunes de los pacientes, lo que ayuda a esas células a concentrarse y atacar a las células cancerosas.
Las terapias están aprobadas para tratar pacientes pediátricos de hasta 25 años con una forma de leucemia linfoblástica aguda LLA y adultos con ciertos tipos de linfoma no Hodgkin avanzado. Los oncólogos de la Universidad de Washington brindan las terapias a los pacientes a través de Siteman Kids en St.Louis Children's Hospital y en Siteman Cancer Center en Barnes-Jewish Hospital y la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis.
La extrema dificultad asociada con la entrega de genes a las células para su uso en estas terapias génicas ha motivado la búsqueda de métodos de transfección efectivos, dijo Meacham.
"Los enfoques no químicos, no virales, que aprovechan los estímulos mecánicos o eléctricos para superar las barreras celulares a la transferencia de genes, son convincentes por muchas razones, incluida la seguridad, el costo y el potencial o la falta de ellos para la gran escala"Fabricación de células terapéuticas", dijo. "Para que dichos métodos tengan éxito, deben crearse poros en la membrana celular que sean lo suficientemente grandes y permanezcan abiertos el tiempo suficiente para insertar moléculas sin dañar o matar la célula y entregar la molécula alnúcleo de la célula donde puede funcionar "
Meacham describe su sistema, que evolucionó a partir de una tecnología que desarrolló por primera vez cuando era estudiante de doctorado en el Instituto de Tecnología de Georgia, como un generador de gotas accionado acústicamente.
"Aplicamos fuerzas mecánicas enfocadas, como una cizalladura de fluido, que empuja y tira de la célula usando el movimiento del fluido", dijo Meacham. "Tomamos una suspensión de células y usamos un campo ultrasónico para bombear fluido a través de constricciones microscópicas enlas puntas de las boquillas, o las bocinas acústicas. Esto da como resultado una especie de rocío. Las células que están suspendidas en el flujo experimentan una intensa estimulación mecánica a medida que viajan a través de este espacio confinado y son expulsadas de los orificios de las boquillas ".
Los resultados experimentales sugieren que el dispositivo genera poros en la membrana celular de 100 a 150 nanómetros, lo que permite la entrega de cargas útiles incluso grandes en la célula. Además, los poros permanecen abiertos durante un minuto, lo que es suficiente tiempo paradistribuye moléculas a la célula. La técnica se puede usar con casi cualquier tipo de célula y medio de suspensión, así como con la mayoría de las biomoléculas y nanomateriales, dijo Meacham.
El mecanismo de actuación único del dispositivo permite a los investigadores explorar un rango mucho mayor de velocidades de corte y estimulación eléctrica para la optimización específica de las células de los parámetros de tratamiento, dijo.
"Descubrimos que el campo de presión acústica y los esfuerzos de corte locales que actúan sobre la célula debido al flujo de fluido son críticos para crear poros en la membrana celular", dijo Meacham. "La poración de membrana más eficiente se observó después de que la célula estuvo expuestaa la corta duración, entorno de alto cizallamiento en la constricción de la boquilla a medida que la celda es forzada a través de las boquillas de nuestro dispositivo "
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Materiales proporcionado por Universidad de Washington en St. Louis . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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