La primera comparación directa de técnicas de detección in vitro e in vivo para identificar nanopartículas que pueden usarse para transportar moléculas terapéuticas a las células muestra que las pruebas en platos de laboratorio no son de mucha ayuda para predecir qué nanopartículas ingresarán con éxito a las células de los animales vivos.
El nuevo estudio demostró las ventajas de una técnica de código de barras de ADN in vivo, que une pequeños fragmentos de ADN a diferentes nanopartículas basadas en lípidos que luego se inyectan en animales vivos; se pueden probar más de cien nanopartículas en un solo animal.Las técnicas de secuenciación se utilizan para identificar qué nanopartículas ingresan a las células de órganos específicos, lo que hace que las partículas sean candidatas para transportar terapias génicas para tratar asesinos como enfermedades cardíacas, cáncer y enfermedad de Parkinson.
La técnica tradicional para identificar nanopartículas prometedoras examina cómo las partículas ingresan a las células vivas guardadas en los platos de laboratorio. Para comparar las técnicas de detección nuevas y antiguas, los investigadores agregaron nanopartículas con código de barras a las células vivas en platos de laboratorio e inyectaron nanopartículas idénticas con códigos de barras en animales vivosmodelos. Casi no encontraron correlación entre las nanopartículas identificadas como prometedoras en las pruebas de laboratorio y las que realmente funcionaron bien en los ratones.
"El código de barras de ADN tiene el potencial de avanzar en la ciencia de seleccionar nanopartículas para administrar terapias genéticas", dijo James Dahlman, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Biomédica Wallace H. Coulter de Georgia Tech y Emory University y el investigador principal del estudio."Con esta técnica, las compañías y los laboratorios académicos podrían elegir nanopartículas prometedoras de manera mucho más eficiente. Eso podría acelerar la velocidad a la que las terapias basadas en nanopartículas se trasladan a la clínica, al tiempo que reduce la cantidad de pruebas en animales requeridas".
La investigación, que cuenta con el apoyo de los Institutos Nacionales de Salud, el Instituto de Investigación del Cáncer, la Fundación de Fibrosis Quística y la Fundación para la Enfermedad de Parkinson, se informó el 28 de febrero en la revista Nano letras . La investigación fue realizada por científicos del Instituto de Tecnología de Georgia y la Universidad Emory
Las terapias genéticas, como las hechas de ADN o ARN, enfrentan desafíos debido a la dificultad de administrar el ácido nucleico a las células correctas. Durante las últimas dos décadas, los científicos han estado desarrollando nanopartículas hechas de una amplia gama de materiales y agregandocompuestos como el colesterol para ayudar a transportar estos agentes terapéuticos a las células. Pero el desarrollo de los portadores de nanopartículas se ha retrasado por los desafíos de probarlos, primero en el cultivo celular para identificar nanopartículas prometedoras, y luego en animales. Con millones de combinaciones posibles, identificarLas nanopartículas óptimas para apuntar a cada órgano han sido abrumadoras.
El uso de hebras de ADN de solo 58 nucleótidos de largo para identificar de manera única cada partícula permite a los investigadores omitir por completo el examen de cultivo celular y probar cien o más tipos diferentes de nanopartículas simultáneamente en solo un puñado de animales.
"Si quisiera probar 200 nanopartículas de la manera tradicional, necesitaría 600 ratones, tres para cada tipo de nanopartícula", dijo Dahlman. "Usando la técnica de código de barras de ADN, que llamamos Análisis de ADN Rápido Conjunto de Nanopartículas JORDANIA, podemos hacer la prueba en solo tres animales "
El estudio examinó la entrada de nanopartículas en células endoteliales y macrófagos para el estudio in vitro, y el mismo tipo de células de pulmón, corazón y médula ósea para el componente in vivo. Los dos tipos de células son importantes para una amplia gama de órganossistemas en el cuerpo y juegan un papel activo en enfermedades que podrían ser objetivos para terapias de ácido nucleico. El estudio comparó cómo las mismas 281 nanopartículas de lípidos entregaron los códigos de barras en platos de laboratorio y animales vivos.
"No había capacidad predictiva entre las pruebas de laboratorio y las pruebas en animales", dijo Dahlman. "Si las pruebas in vitro hubieran sido buenos predictores, entonces las partículas que funcionaron bien en el plato también habrían tenido buenos resultados en los animales,y las partículas que no funcionaron bien en el plato también lo habrían hecho mal en los animales. No vimos eso en absoluto "
El equipo de investigación, dirigido por los coautores Kalina Paunovska y Cory D. Sago, también estudió cómo cambia la entrega de nanopartículas con el microambiente de tipos de tejidos específicos. Para eso, cuantificaron cómo 85 nanopartículas enviaron códigos de barras de ADN a ocho poblaciones de células enel bazo, y descubrió que los tipos de células derivadas de progenitores mieloides tendían a ser objetivo de nanopartículas similares.
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.
Las secuencias de código de barras de ADN de cadena sencilla que se usan en la técnica son aproximadamente del mismo tamaño que los oligonucleótidos antisentido, microRNA y siRNA que se están desarrollando para posibles usos terapéuticos. Otras terapias basadas en genes son más grandes, y se necesitaría investigación adicional para determinar si ella técnica podría usarse con ellos
Una vez que se identifiquen las prometedoras nanopartículas con el examen, se someterán a pruebas adicionales para verificar su capacidad de administrar productos terapéuticos. Para evitar la posibilidad de fusión de nanopartículas, solo las estructuras que son estables en ambientes acuosos se pueden probar con esta técnica.Solo se pueden examinar las nanopartículas no tóxicas, y los investigadores deben controlar la posible inflamación generada por el ADN insertado.
"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 "
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Materiales proporcionados por Instituto de Tecnología de Georgia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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