Las nanopartículas cargadas con mRNA dan propiedades de lucha contra las células

Una nueva herramienta biomédica que utiliza nanopartículas que proporcionan cambios transitorios de genes a las células objetivo podría hacer que las terapias para una variedad de enfermedades - incluyendo el cáncer, la diabetes y el VIH - sean más rápidas y baratas de desarrollar y más personalizables.

La herramienta, desarrollada por investigadores del Centro de Investigación del Cáncer Fred Hutchinson y probada en modelos preclínicos, se describe en un documento publicado el 30 de agosto en Nature Communications .

"Nuestro objetivo es agilizar la fabricación de terapias basadas en células", dijo el autor principal Dr. Matthias Stephan, un miembro de la facultad en la División de Investigación Clínica de Fred Hutch y un experto en el desarrollo de biomateriales. "En este estudio, creamos un producto en el que sólo se agrega a las células cultivadas y eso es todo - sin pasos adicionales de fabricación".

Stephan y sus colegas desarrollaron un sistema de liberación de nanopartículas para extender el potencial terapéutico del ARN mensajero, que suministra instrucciones moleculares desde el ADN a las células del cuerpo, dirigiéndolas para producir proteínas para prevenir o combatir la enfermedad.

El enfoque de los investigadores fue diseñado para cero en los tipos de células específicas - las células T del sistema inmunológico y las células madre de sangre - y entregar el mRNA directamente a las células, lo que desencadena la expresión de genes a corto plazo. Se llama "hit-and-run" programación genética porque el efecto transitorio de mRNA no cambia el ADN, pero es suficiente para hacer un impacto permanente en el potencial terapéutico de las células.

Stephan y sus colegas utilizaron tres ejemplos en el documento de Nature Communications para demostrar su tecnología:

• Las nanopartículas llevaron una herramienta de edición de genes a las células T del sistema inmunológico que cortaron sus receptores de células T naturales y luego se aparearon con genes que codifican un "receptor de antígeno quimérico" o CAR, una molécula sintética diseñada para atacar el cáncer.
• Dirigidas a las células madre de la sangre, las nanopartículas fueron equipadas con mRNA que permitió a las células madre para multiplicar y reemplazar las células de cáncer de sangre con células sanas cuando se utiliza en los trasplantes de médula ósea.
• Las nanopartículas dirigidas a las células CAR-T y que contienen foxo1 mRNA, que las señales de las células T anticancerígenas para convertirse en un tipo de "memoria" de células que es más agresiva y destruye las células tumorales de manera más eficaz y mantiene la actividad antitumoral más tiempo.

Otros intentos de ingeniería de mRNA en las células de la enfermedad de lucha han sido difíciles. La molécula de mensajero grande se degrada rápidamente antes de que pueda tener un efecto, y el sistema inmunológico del cuerpo lo reconoce como extraño - no procedente del ADN en el núcleo de la célula - y lo destruye.

Stephan y sus colaboradores de Fred Hutch idearon una solución a esos obstáculos.

"Desarrollamos un nanocarrier que une y condensa el mRNA sintético y lo protege de la degradación", dijo Stephan. Los investigadores rodearon la nanopartícula con una envoltura cargada negativamente con un ligando de orientación unido a la superficie de modo que la partícula se aloje selectivamente en y se une a un tipo de célula particular.

Las células devoran el diminuto portador, que puede cargarse con diferentes tipos de mRNA humano. "Si usted sabe de la literatura científica que una vía de señalización funciona en sinergia, podría co-deliver mRNA en una sola nanopartícula", dijo Stephan. "Cada célula que ocupa la nanopartícula puede expresar ambas."

El enfoque consiste en mezclar las nanopartículas liofilizadas con agua y una muestra de células. Dentro de cuatro horas, las células comienzan a mostrar signos de que la edición ha entrado en vigor. Pueden proporcionarse refuerzos si es necesario. Hecho de un biomaterial que disuelve, las nanopartículas se quitan del cuerpo como el resto de la célula.

"Sólo agrega agua a nuestro producto liofilizado", dijo Stephan. Dado que se basa en las tecnologías existentes y no requiere conocimientos de nanotecnología, tiene la intención de que sea una manera estándar para los ingenieros de terapia celular para desarrollar nuevos enfoques para el tratamiento de una variedad de enfermedades.

El enfoque podría reemplazar la electroporación de mano de obra intensiva, una técnica de fabricación de celdas de varios pasos que requiere equipos especializados y salas limpias. Todo el manejo termina destruyendo muchas de las células, lo que limita la cantidad que se puede utilizar en los tratamientos para los pacientes.

Gentler a las células, el sistema de nanopartículas desarrollado por el equipo de Fred Hutch mostró que hasta 60 veces más células sobreviven el proceso en comparación con la electroporación. Esta es una característica crítica para asegurar suficientes células son viables cuando se transfieren a los pacientes.

"Se puede imaginar tomar las nanopartículas, inyectándolas en un paciente y luego ya no tendrás que cultivar células", dijo.

Stephan ha probado que la tecnología es células cultivadas en el laboratorio, y todavía no está disponible como tratamiento. Stephan está buscando socios comerciales para mover la tecnología hacia aplicaciones adicionales y en ensayos clínicos donde podría desarrollarse en una terapia.

Referencias

Fred Hutchinson Centro de Investigación del Cáncer. (2017, 30 de agosto). Las nanopartículas cargadas con mRNA dan propiedades de lucha contra las células: el estudio presenta un nuevo enfoque de la terapia celular que es tan simple como "añadir agua". ScienceDaily . Obtenido el 9 de septiembre de 2017 de www.sciencedaily.com/releases/2017/08/170830094242.htm