Utilizando pequeños fragmentos de ADN como "códigos de barras", los investigadores han desarrollado una nueva técnica para detectar rápidamente la capacidad de las nanopartículas de administrar selectivamente genes terapéuticos a órganos específicos del cuerpo. La técnica podría acelerar el desarrollo y el uso de terapias genéticas para talesasesinos como enfermedad cardíaca, cáncer y enfermedad de Parkinson.
Las terapias genéticas, como las hechas de ADN o ARN, son difíciles de administrar en las células correctas del cuerpo. Durante los últimos 20 años, los científicos han estado desarrollando nanopartículas hechas de una amplia gama de materiales y agregando compuestos como el colesterolpara ayudar a transportar estos agentes terapéuticos a las células. Pero el rápido desarrollo de los portadores de nanopartículas se ha topado con un importante cuello de botella: las nanopartículas tienen que ser probadas, primero en cultivo celular, antes de que se pruebe un número muy pequeño de nanopartículas en animales.posibles combinaciones, identificar la nanopartícula óptima para apuntar a cada órgano fue altamente ineficiente.
Usando cadenas de ADN de solo 58 nucleótidos de largo, los investigadores de la Universidad de Florida, el Instituto de Tecnología de Georgia y el Instituto de Tecnología de Massachusetts han desarrollado una nueva técnica de prueba que omite las pruebas de cultivo celular por completo, y podría permitir cientos de diferentes tipos de nanopartículaspara ser probado simultáneamente en un puñado de animales.
La investigación original se realizó en los laboratorios de Robert Langer, el profesor del Instituto David H. Koch, y Daniel Anderson, el profesor Samuel A. Goldsmith de Biología Aplicada, en el MIT. Con el apoyo de los Institutos Nacionales de Salud, la investigación fuereportado el 6 de febrero en el diario Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
"Queremos entender a un nivel muy alto qué factores que afectan la entrega de nanopartículas son importantes", dijo James Dahlman, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Biomédica Wallace H. Coulter de Georgia Tech y Emory University, uno de los antiguos graduados de Langerestudiantes, autor principal del estudio y uno de los autores correspondientes del artículo: "Esta nueva técnica no solo nos permite comprender qué factores son importantes, sino también cómo los factores de enfermedad afectan el proceso".
Para preparar las nanopartículas para la prueba, los investigadores insertan un fragmento de ADN que se asigna a cada tipo de nanopartícula. Las nanopartículas se inyectan en ratones, cuyos órganos se examinan para detectar la presencia de los códigos de barras. Al utilizar las mismas tecnologías que los científicos utilizanpara secuenciar el genoma, se pueden analizar muchas nanopartículas simultáneamente, cada una identificada por su código de barras de ADN único.
Los investigadores están interesados no solo en qué nanopartículas administran la terapéutica de manera más eficaz, sino también en cuál puede administrarla selectivamente a órganos específicos. La terapéutica dirigida a los tumores, por ejemplo, debe administrarse solo al tumor y no a los tejidos circundantes.la enfermedad cardíaca también debería acumularse selectivamente en el corazón.
Si bien gran parte del estudio se dedicó a demostrar estrategias de control, los investigadores probaron cómo se distribuyeron 30 partículas diferentes en ocho tejidos diferentes de un modelo animal. Este 'mapa de calor' dirigido a las nanopartículas mostró que algunas partículas no fueron absorbidas en absoluto, mientras que otros ingresaron a múltiples órganos. La prueba incluyó nanopartículas previamente demostradas para que la selectividad ingrese a los pulmones y el hígado, y los resultados de la nueva técnica fueron consistentes con lo que ya se sabía sobre esas nanopartículas.
Las secuencias de código de barras de ADN de cadena sencilla tienen aproximadamente el mismo tamaño que los oligonucleótidos antisentido, se están desarrollando microARN y ARNsi para posibles usos terapéuticos. Otras terapias basadas en genes son más grandes, y se necesitaría investigación adicional para determinar si la técnica podría usarsecon ellos. En la investigación reportada esta semana, las nanopartículas no se usaron para administrar terapias activas, aunque eso sería un próximo paso a corto plazo.
"En el trabajo futuro, esperamos producir mil partículas y en lugar de evaluarlas de tres en tres, esperamos probar unos cientos simultáneamente", dijo Dahlman. "Las nanopartículas pueden ser muy complicadas porque para cada biomaterial disponible, podría hacer varios cientos de nanopartículas de diferentes tamaños y con diferentes componentes agregados ".
Una vez que se identifiquen las nanopartículas prometedoras con el examen, se someterán a pruebas adicionales para verificar su capacidad de administrar productos terapéuticos. Además de acelerar el examen, la nueva técnica puede requerir menos animales, quizás no más de tres para cada conjuntode nanopartículas probadas.
Existen algunas advertencias con la técnica. Para evitar la posibilidad de fusión de nanopartículas, solo se pueden analizar las estructuras que son estables en ambientes acuosos. Solo se pueden examinar las nanopartículas no tóxicas, y los investigadores deben controlar la posible inflamación generada por el ADN insertado.
En el laboratorio de Langer y Anderson, Dahlman trabajó con Kevin Kauffman, quien permanece en el MIT, y Eric Wang, ahora profesor asistente de la Universidad de Florida. Otros coautores del artículo incluyeron a Yiping Xing, Taylor Shaw, Faryal Mir y ChloeDlott, todos los cuales están en el MIT.
"Las terapias de ácido nucleico son muy prometedoras para el tratamiento de una variedad de enfermedades graves", dijo Dahlman. "Esperamos que esta técnica se use ampliamente en el campo y que finalmente brinde más claridad sobre cómo estos medicamentos afectan las células -y cómo podemos llevarlos a las ubicaciones correctas en el cuerpo "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Original escrito por John Toon. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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