Selectividad de rango: un nuevo concepto para administrar de forma eficiente fármacos mediante nanopartículas.

En un nuevo estudio publicado en la revista científica Nature Communications, los investigadores describen un nuevo concepto llamado “selectividad de rango”, que explica por qué las nanopartículas biomiméticas solo se unen a los receptores cuando su densidad está dentro de un rango preciso.

El hallazgo podría allanar el camino para el desarrollo de terapias altamente dirigidas contra una serie de enfermedades.

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Este trabajo, un gran avance en la bioingeniería molecular, fue dirigido por Stefano Angioletti-Uberti del Imperial College London y por Giuseppe Battaglia, investigador del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC).

Representación esquemática del sistema. Una nanopartícula recubierta con ligandos (agarres verdes y esferas naranjas) interactúa con una superficie recubierta de receptores (embudos verdes).

Un área de creciente interés en la bioingeniería se centra en cómo la unión biomolecular observada en la naturaleza puede imitarse sintéticamente para ayudar a la administración de fármacos. Si pudiéramos crear un portador de medicamentos que se uniera específicamente a las células enfermas y a los patógenos sin dañar las células sanas, conseguiríamos desarrollar terapias altamente dirigidas con muchos menos efectos secundarios. Ahora, gracias a un nuevo estudio en coautoría del Profesor de Investigación ICREA y líder del Grupo de Biónica Molecular del IBEC Giuseppe Battaglia, estamos un paso más cerca de alcanzar este objetivo. En este importante trabajo, publicado recientemente en la prestigiosa revista científica Nature Communications, los autores describen cómo lograron lo que denominan “selectividad de rango” en la unión biomolecular sintética. Investigadores de diez centros contribuyeron a este estudio, incluida la Universidad de Tecnología Química de Beijing y el Imperial College de Londres.

 

Imitando la naturaleza

La unión ligando-receptor es el proceso mediante el cual las células reciben señales del entorno externo. Muchas biomoléculas son multivalentes, lo que significa que múltiples ligandos en una molécula se unen a múltiples receptores en otra, simultáneamente. Como resultado, tales moléculas se unen con exquisita selectividad. Imitar esto con éxito abriría una serie de nuevas posibilidades en biomedicina, como el desarrollo de portadores de fármacos de tamaño nanométrico que solo liberan su carga terapéutica cuando se adhieren a células enfermas específicas. Sin embargo, tal precisión selectiva sigue siendo un objetivo todavía por cumplir en bioingeniería.

Ahora, en esta nueva publicación, los investigadores describen cómo construyeron nanopartículas que solo se unen a los receptores cuando la densidad del receptor está dentro de un rango preciso, pero no por debajo ni por encima, un fenómeno que denominan “selectividad de rango”. Señalan que esto ocurre debido a un equilibrio de fuerzas atractivas y repulsivas a nivel molecular. Pasado un cierto umbral, las fuerzas repulsivas superan a las fuerzas atractivas, por lo que es mucho menos probable que se produzca la unión.

Utilizando modelos mecánicos estadísticos, demostraron que ciertos parámetros podrían explotarse para ajustar el límite superior e inferior del rango de selectividad. Así, este estudio nos acerca un paso más hacia la creación de nanopartículas sintéticas que se unan exclusivamente a los receptores diana.

Además, el trabajo ofrece una visión importante que podría cambiar la forma en que se realizarán los estudios futuros en este campo: aumentar el número de receptores no necesariamente aumenta la probabilidad de unión y, de hecho, puede provocar que disminuya significativamente.

Hacia la administración dirigida de medicamentos

Este trabajo no sólo allana el camino para una administración de fármacos más dirigida y con menos efectos secundarios, sino que también ofrece pistas que podrían explicar por qué los tumores evaden el ataque del sistema inmunológico. Las células cancerosas, generalmente, sobreexpresan receptores, los cuales, por tanto, se encuentran presentes en una densidad muy alta en su superficie, potencialmente fuera del rango de unión de las células inmunes.

Los autores concluyen que se deben realizar más investigaciones para comprender mejor cómo se pueden explotar los diferentes parámetros para ajustar la selectividad del rango y construir portadores de medicamentos altamente efectivos.

Este importante estudio nos acerca un paso más a lograr una precisión de objetivo hasta la población unicelular o incluso personalizada para el paciente individual

Beppe Battaglia 

Artículo de referencia:  

Meng Liu, Azzurra Apriceno, Miguel SipinEdoardo 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).