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Simple atracción: Investigadores controlan la liberación de proteínas a partir de nanopartículas sin encapsulación

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Un equipo de ingenieros de la Universidad de Toronto ha diseñado una manera más sencilla de mantener las proteínas terapéuticas donde se necesitan durante largos períodos de tiempo. El descubrimiento puede suponer un cambio en el tratamiento de enfermedades crónicas o lesiones que a menudo requieren múltiples inyecciones o la ingesta diaria de pastillas.

Durante décadas, los ingenieros biomédicos han ido encapsulando cuidadosamente proteínas en nanopartículas para controlar su liberación. Ahora, un equipo de investigación dirigido por el profesor Molly Shoichet ha demostrado que las proteínas pueden ser liberadas durante varias semanas, incluso meses, sin haber sido encapsuladas. En este caso, el equipo analizó proteínas terapéuticas relevantes para la regeneración de tejidos después de un accidente cerebrovascular y de una lesión de médula espinal.

Fue un descubrimiento tan sorprendente como inesperado“, dijo la co-autora principal la Dra. Irja Elliott Donaghue, que observó por primera vez que la proteína terapéutica NT-3, un factor que promueve el crecimiento de las células nerviosas, se liberó lentamente cuando se mezcló simplemente con una sustancia gelatinosa que también contenía nanopartículas. “Nuestro primer pensamiento fue: ¿Qué podría estar sucediendo para que pase esto?”.

Las proteínas tienen un enorme potencial para el tratamiento de enfermedades crónicas y lesiones irreversibles – por ejemplo, la hormona del crecimiento humano se encapsula en estas diminutas partículas poliméricas, y se utiliza para tratar a niños con retraso en el crecimiento. Con el fin de evitar las inyecciones repetidas o píldoras diarias, los investigadores utilizan las estrategias complejas tanto para suministrar proteínas al sitio de acción, como para asegurarse de que sean liberadas durante un período de tiempo suficientemente largo para tener un efecto beneficioso.

Durante mucho tiempo esto ha sido un reto importante para las terapias basadas en proteínas, sobre todo porque las proteínas son moléculas grandes y, a menudo frágiles. Hasta ahora, los investigadores han tratado a las proteínas del mismo modo que a las moléculas de fármaco pequeñas, encapsulándolas en nanopartículas poliméricas, a menudo hechas de un material llamado ácido poli(láctico-co-glicólico) o PLGA.

A medida que las nanopartículas se rompen, las moléculas del fármaco se liberan. El mismo proceso vale para las proteínas; Sin embargo, el proceso de encapsulación en sí mismo a menudo daña o desnaturaliza algunas de las proteínas encapsuladas, haciéndolas inútiles para el tratamiento. Omitir la encapsulación por completo implica un menor número de proteínas desnaturalizadas, lo que permite tratar con proteínas terapéuticas más consistentes, que son más fáciles de producir y almacenar.

Esto es realmente emocionante desde una perspectiva traslacional“, dijo Jaclyn Obermeyer. “Tener un proceso de fabricación más simple y más fiable deja menos espacio a complicaciones durante su uso clínico“.

Las tres autoras principales, Elliott Donoghue, Obermeyer y la Dra. Malgosia Pakulska han demostrado que para conseguir la liberación controlada que se desea, las proteínas simplemente tienen que estar al lado de las nanopartículas de PLGA, no dentro de ellas. Su trabajo ha sido publicado en la revista Science Advances.

Creemos que esto podría acelerar el camino para que los fármacos basados en proteínas lleguen a la práctica clínica“, dijo Elliott Donaghue.

El mecanismo de esta liberación controlada sin encapsulación es sorprendentemente elegante. El grupo de Shoichet mezcla las proteínas y nanopartículas en una sustancia gelatinosa, llamado hidrogel, que permite tenerlas localizadas cuando se inyectan en el lugar de la lesión. Las proteínas cargadas positivamente y las nanopartículas cargadas negativamente se unen de forma natural. A medida que las nanopartículas se descomponen, hacen más ácida a la solución, lo que debilita la atracción y permite que las proteínas se liberen.

Estamos especialmente contentos de mostrar una liberación controlada a largo plazo de proteínas, mediante el simple control de las interacciones electrostáticas entre las proteínas y los nanopartículas poliméricas” dijo Shoichet. “Mediante la manipulación del pH de la solución, el tamaño y el número de nanopartículas, podemos controlar la liberación de proteínas bioactivas. Esto ya ha cambiado y simplificado las estrategias de liberación de proteínas que seguimos en modelos preclínicos de la enfermedad cerebral y de la médula espinal”.

Hemos aprendido cómo controlar este fenómeno sencillo“, dijo Pakulska. “La siguiente pregunta es si podemos hacer lo contrario – diseñar un sistema de liberación similar para las nanopartículas que están cargadas positivamente y para las proteínas con carga negativa“.
..Susana Calvo