Investigadoras desarrollan nanopartículas de quitosano para su uso en terapia génica
La terapia génica se ha desarrollado como un método de acercamiento al tratamiento de las enfermedades humanas, basado en la transferencia de material genético a las células del individuo. Esta innovadora opción terapéutica ofrece la posibilidad de tratar diversos trastornos genéticos y no sólo los síntomas.
Con esta innovación se puede reemplazar el gen defectuoso causante de un padecimiento por una copia sana y funcional, desactivar los que ocasionan complicaciones e introducir genes nuevos o modificados que ayudan al cuerpo a combatir o tratar la enfermedad.
De acuerdo con la Pharmaceutical Research and Manufacturers of America (PhRMA), en la actualidad hay más de 480 terapias génicas y celulares en fase de investigación y desarrollo para tratar un centenar de patologías. La mayoría se enfocan en tratar distintos tipos de cáncer.
En la FES Cuautitlán, las doctoras María Eugenia Aranda Barradas y Susana Patricia Miranda Castro, adscrita y responsable del Laboratorio 4 de Biotecnología, respectivamente, se sumaron a esta iniciativa para desarrollar nanopartículas biodegradables a base de quitosano para el envío dirigido de genes a células tumorales.
Un vector no viral cargado de material genético
En la terapia génica el uso de vehículos es necesario para que la llegada del material genético sea exitosa, a estos se les conoce como vectores y pueden ser virales o no virales.
En el origen las investigaciones empleaban los vehículos virales porque tienen una alta eficiencia de transfección; sin embargo, presentan varias limitaciones, como toxicidad, inmunogenicidad y difícil producción. Más tarde, se descubrió que los de tipo no viral son más económicos y fáciles de producir, además su falta de antigenicidad posibilita una administración repetida con menores riesgos patológicos.
Uno de los materiales utilizados para la creación de vectores no virales es el quitosano, un polímero biodegradable que cuenta con características fisicoquímicas y biológicas que lo convierten en un candidato ideal para el envío de genes, ya que no es citotóxico, tiene una alta afinidad por el DNA y permite el acoplamiento de ligandos.
Infografía Quitosano
-Quitosano o quitosán es uno de los polímeros más abundantes de la naturaleza
-Se obtiene a partir de un proceso de desacetilación (eliminación de un grupo acetilo) de la quitina (polisacárido natural)
-La quitina podemos encontrarla en la formación de los exoesqueletos de crustáceos, insectos y paredes de hongos
-Es biodegradable, biocompatible y no tóxico
-Tiene importantes aplicaciones en una gran variedad de sectores industriales
-Tiene propiedades quelantes es una poliamida que se usa en el desarrollo de plásticos biodegradables y ultrarresistentes de nueva generación
-Posee propiedades antifúngicas, antimicrobianas y antivirales, las cuales tienen aplicaciones en el área de salud y agronomía, así como la capacidad de inducir defensas y estimular el crecimiento en plantas.
Nanopartículas biodegradables dirigidas al tratamiento de cáncer cervical
El uso de vectores no virales implica el diseño de una nanopartícula (partícula microscópica con una dimensión menor a la de 100 nanómetros) que sea capaz de encapsular los ácidos nucleicos terapéuticos, llegue intacto al lugar deseado y cumpla con su objetivo.
El equipo de trabajo de la FES Cuautitlán se ha enfocado en el uso de quitosano como un polímero que encapsula al gen terapéutico, al cual le han añadido ligandos que aumentan las probabilidades de que el material genético sea internalizado por la célula. Esto permite la terapia dirigida, la base de la medicina de precisión.
“También hemos acoplado pequeñas señales, secuencias de aminoácidos que dictan la orden a los genes terapéuticos de arribar al núcleo de la célula y, con esto, aumentar las probabilidades de éxito de la terapia”, detalló la doctora Aranda.
El primer paso de este desarrollo consistió en determinar el efecto que tiene el peso molecular del quitosan respecto a las características de las nanopartículas, pues las características físicoquímicas resultan determinantes para este proceso. Gracias a esto, los universitarios detectaron que, a diferencia de otros sistemas con quitosano, el uso de pesos moleculares bajos (20.6 sobre 57.5) es favorable para la obtención de nanopartículas funcionales.
Posteriormente, utilizaron dos biomoléculas (péptidos cariofílicos CGGGPKKKRKVED y PAAKRVKLD) que facilitan el direccionamiento del DNA terapéutico al núcleo. Además de realizar el acoplamiento del ligando Gastrin Releasing Peptide (GRP), que es altamente afín a las células tumorales, utilizaron el gen HSVTK1, que codifica una enzima eficiente al metabolizar un profármaco ganciclovir, para generar un compuesto tóxico que ataque los tumores malignos.
Los resultados y el futuro del proyecto
De acuerdo con la doctora Aranda, la investigación demostró que el uso de quitosano es factible por su condición biodegradable y que emplear las biomoléculas (CGGGPKKKRKVED y PAAKRVKLD) de localización nuclear y el ligando GRP aumenta la eficiencia de transfección, así como la eficacia curativa de las nanopartículas, lo cual ayuda a disminuir significativamente la viabilidad de células tumorales in vitro.
Los planes futuros consisten en administrar estas nanopartículas en modelos animales para determinar su biodistribución tras una administración sistémica. De igual forma, planean evaluar otro tipo de aplicaciones de la terapia génica con base en estos vectores, principalmente en diabetes y síndrome metabólico.
Cabe destacar que el ligando GRP utilizado no sólo muestra afinidad en cáncer cérvico uterino, sino que su estructura se ha encontrado en varios tipos de cáncer como el de mama, próstata, páncreas y pulmón. “Resulta interesante saber si funciona igual con otros padecimientos celulares en los que también se ha sobreexpresado y así determinar si se puede extrapolar a otros tipos de cáncer”, explicó la investigadora.
Afirmó que una de las principales ventajas de la implementación de esta técnica es mejorar la vida de los dolientes. Pues hoy en día, “sí hay tratamientos que curen la enfermedad es el caso de la quimio y radioterapia, pero los que lo logran, disminuyen la calidad de vida de los pacientes de manera importante, son muy agresivos y no son dirigidos específicamente a las células tumorales ”, apuntó.
Un punto que la académica remarcó fue que la base de estos desarrollos se sustenta en el trabajo multidisciplinario, pues sólo de esta forma es posible resolver problemáticas actuales de salud y otros ámbitos. Por esa razón, agradeció a los doctores Abraham Méndez Albores, Carlos Gerardo García Tovar y Samuel Álvarez Almazán, investigadores en la Facultad, así como al maestro Francisco Rodolfo González Díaz, a la LBD Karen Donají Olivo Escalante, a los pLBD Héctor Eduardo Coronado Contreras, Saúl Enrique Trejo López, Yareli Aguilar Castañeda y a la PLF Gabriela Alvarado Sánchez, por su constante y valiosa colaboración en la realización de este proyecto.
María Dolores Elizondo Alvarado