Selectivitat de rang: un nou concepte per administrar de manera eficient fàrmacs mitjançant nanopartícules.

En un nou estudi publicat a la revista científica Nature Communications, investigadors descriuen un nou concepte anomenat “selectivitat de rang”.

Explica per què les nanopartícules biomimètiques només s’uneixen als receptors quan la seva densitat està dins d’un rang precís.

Read more…

La troballa podria aplanar el camí per al desenvolupament de teràpies altament dirigides contra una sèrie de malalties. Aquest treball, un gran avanç en la bioenginyeria molecular, va ser dirigit per Stefano Angioletti-Uberti de l’Imperial College de Londres i per l’investigador Giuseppe Battaglia de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC).

Representació esquemàtica del sistema. Una nanopartícula recoberta de lligands (lligams verds i esferes taronges) interactua amb una superfície recoberta de receptors (embuts verds).

Una àrea de creixent interès en la bioenginyeria se centra en com la unió molecular observada en la naturalesa pot imitar-se sintèticament per ajudar a l’administració de fàrmacs. Si poguéssim crear un portador de medicaments que s’unís específicament a les cèl·lules malaltes i als patògens sense danyar les cèl·lules sanes, podríem desenvolupar teràpies altament dirigides amb molts menys efectes secundaris. Ara, gràcies a un nou estudi amb coautoria del Professor d’Investigació ICREA i líder del Grup de Biònica Molecular de l’IBEC Giuseppe Battaglia, estem un pas més a prop d’assolir aquest objectiu. En aquest important treball, publicat recentment a la prestigiosa revista científica Nature Communications, els autors descriuen com van aconseguir el que anomenen “selectivitat de rang” en la unió biomolecular sintètica. Investigadors de deu centres van contribuir en aquest estudi, inclosa la Universitat de Tecnologia Química de Beijing i l’Imperial College de Londres.

 

 

Imitant la natura

La unió lligand-receptor és el procés mitjançant el qual les cèl·lules reben senyals de l’entorn extern. Moltes biomolècules són multivalents, el que significa que múltiples lligands en una molècula s’uneixen a múltiples receptors en una altra, simultàniament. Com a resultat, aquestes molècules s’uneixen amb exquisida selectivitat. Imitar això amb èxit obriria un seguit de noves possibilitats en biomedicina, com el desenvolupament de portadors de fàrmacs de mida nanomètrica que només alliberen la seva càrrega terapèutica quan s’adhereixen a cèl·lules malaltes específiques. No obstant això, tal precisió selectiva continua sent un objectiu encara per complir en bioenginyeria.

Ara, en aquesta nova publicació, els investigadors descriuen com construir nanopartícules que només s’uneixen als receptors quan la densitat del receptor està dins d’un rang precís, però no per sota ni per sobre, un fenomen que anomenen “selectivitat de rang”. Assenyalen que això passa a causa d’un equilibri de forces atractives i repulsives a escala molecular. Passat un cert llindar, les forces repulsives superen les forces atractives, per la qual cosa és molt menys probable que es produeixi la unió.

Utilitzant models mecànics estadístics, van demostrar que certs paràmetres podrien explotar-se per ajustar el límit superior i inferior de la franja de selectivitat. Així, aquest estudi ens acosta un pas més cap a la creació de nanopartícules sintètiques que s’uneixin exclusivament als receptors diana.

A més, ofereix una visió important que podria canviar la forma en què es realitzaran els estudis futurs en aquest camp: augmentar el nombre de receptors no necessàriament augmenta la probabilitat d’unió i, de fet, pot provocar que disminueixi significativament.

Cap a l’administració dirigida de medicaments 

Aquest treball no només aplana el camí per a una administració de fàrmacs més dirigida i amb menys efectes secundaris, sinó que també ofereix pistes que podrien explicar per què els tumors evadeixen l’atac del sistema immunològic. Les cèl·lules canceroses generalment sobre expressen receptors, que, per tant, són presents en una densitat molt alta en la seva superfície, potencialment fora de la franja d’unió de les cèl·lules immunes.

Els autors conclouen que s’han de realitzar més investigacions per comprendre millor com es poden explotar els diferents paràmetres per ajustar la selectivitat de la franja i construir portadors de medicaments altament efectius.

Aquest important estudi ens acosta un pas més a assolir una precisió d’objectiu fins a la població unicel·lular o fins i tot personalitzada per al pacient individual.

Beppe Battaglia 

Article de referència: 

Meng Liu, Azzurra Apriceno, Miguel Sipin, Edoardo Scarpa, Laura Rodriguez-Arco, Alessandro Poma, Gabriele Marchello, Giuseppe Battaglia, and Stefano Angioletti-Uberti. “Combinatorial entropy behaviour leads to range selective binding in ligand-receptor interactions.” Nature Communications, 11, 4836 (2020).