Los ingenieros de Penn han modificado las nanopartículas lipídicas (LNP), la tecnología revolucionaria detrás de las vacunas de ARNm contra el COVID-19, no solo para cruzar la barrera hematoencefálica (BBB), sino también para atacar tipos específicos de células, incluidas. neuronas. El avance es un paso importante hacia posibles tratamientos de próxima generación para enfermedades neurológicas como el Alzheimer y el Parkinson.
En un nuevo periódico Nanolitroslos investigadores muestran que los péptidos (cadenas cortas de aminoácidos) pueden actuar como moléculas de dirección precisas, lo que permite que las LNP dirijan el ARNm específicamente a los vasos sanguíneos del cerebro, así como a las neuronas para proporcionar a las células endoteliales.
Esto representa un avance significativo en la entrega de ARNm a tipos de células que son clave para el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas. Cualquier tratamiento de este tipo debería garantizar que el ARNm llegue a la ubicación correcta. Trabajos anteriores de los mismos investigadores demostraron que las LNP podían cruzar la BBB y entregar ARNm al cerebro, pero no intentaron controlar a qué células se dirigían las LNP.
“Nuestro primer artículo fue una prueba de concepto de diseño de nanopartículas lipídicas”, dice Michael J. Mitchell, profesor asociado de bioingeniería (BE) y autor principal del artículo. “Era como demostrar que podíamos enviar un paquete desde Pensilvania a California, pero no teníamos idea de dónde terminaría en California. Ahora, con los péptidos, podemos enviar el paquete a destinos específicos con características compartidas. , como un buzón rojo al lado de cada casa”.
El desafío de acceder al cerebro
La BBB es difícil de cruzar porque la estructura ha evolucionado para mantener alejada a casi cualquier molécula extraña o peligrosa, incluida la mayoría de las drogas; Las moléculas de ARNm son demasiado grandes para atravesar la barrera, como lo son la mayoría de los productos farmacéuticos. BBB también elimina activamente el contenido que considera peligroso.
“Se puede inyectar un tratamiento directamente en el cerebro o la médula espinal, pero se trata de procedimientos muy invasivos”, afirma Emily Hahn, estudiante de doctorado en el laboratorio Mitchell y primera autora del artículo.
Debido a que la BBB permite moléculas solubles en grasa (como el alcohol y el THC, que hacen que esas sustancias afecten el cerebro), algunas formulaciones de LNP, que son parcialmente un compuesto graso que se encuentra en los aceites cotidianos, están hechas de familia, pueden colarse en. la mente
Péptidos versus anticuerpos
Hasta ahora, la mayor parte de la investigación sobre cómo atacar órganos específicos con LNP se ha centrado en conjugarlos con anticuerpos, proteínas grandes que actúan como etiquetas de nombres biológicos. “Cuando se unen anticuerpos a las LNP, estas pueden ser inestables y de gran tamaño, lo que hace que sea realmente difícil comprimir la barrera”, dice Hahn.
A diferencia de los anticuerpos, que pueden tener cientos de aminoácidos de longitud, los péptidos sólo tienen docenas de aminoácidos. Su pequeño tamaño significa que no sólo son fáciles de colocar en un gran número de LNP, sino que también son baratos de fabricar. Es mucho menos probable que los péptidos se acumulen durante la formación de LNP o que provoquen respuestas inmunes no deseadas que los anticuerpos.
La elección de utilizar péptidos fue provocada por un encuentro inesperado entre Han y un murciélago que entró volando en su habitación, posiblemente contrayendo rabia. Mientras investigaba vacunas contra la enfermedad, Hahn descubrió que una de las formas en que el virus de la rabia cruza la BHE es a través de la glicoproteína del virus de la rabia. “Entonces me topé con uno de nuestros péptidos dirigidos más prometedores”, dice Han, una molécula conocida como RVG29, un segmento de 29 aminoácidos de esta proteína.
Pruebas de concepto
Para confirmar que los péptidos funcionaban según lo previsto, los investigadores primero necesitaban confirmar que se adherían a las LNP. “Nuestros LNP son una mezcla compleja de ácidos nucleicos, lípidos y péptidos”, afirma Hahn. “Tuvimos que optimizar los métodos de cuantificación para seleccionar péptidos frente a todas estas otras señales”.
Una vez que supieron que los péptidos se adherían a las LNP, los investigadores tuvieron que determinar si las LNP funcionalizadas con péptidos (pLNP) realmente alcanzaban los objetivos deseados en modelos animales. “Es realmente difícil de configurar, porque en el cerebro hay tantos tipos diferentes de células y tanta grasa que puede interferir con las mediciones”, dice Hahn. Durante seis meses, Hahn desarrolló minuciosamente un protocolo para diseccionar cuidadosamente el tejido cerebral, como un mecánico desmontando un motor.
Dirección futura
A continuación, el equipo pretende determinar qué fracción de neuronas debería tratarse con pLNP para reducir significativamente los síntomas o curar potencialmente enfermedades neurológicas. “Volviendo a la misma analogía, ¿necesitamos enviar a cada casa un buzón rojo, o sólo el 10% de ellos? ¿Sería suficiente con el 10% de las neuronas?” pregunta Mitchell.
La respuesta a esta pregunta guiará el desarrollo de estrategias de administración aún más eficientes, acercando a la realidad la promesa de las terapias basadas en ARNm para el Alzheimer, el Parkinson y otras enfermedades cerebrales.
Este estudio se realizó en la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la Universidad de Pensilvania y contó con el apoyo de los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU. (DP2 TR002776), el Burrows Wellcome Fund, la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. (CBET-2145491) y la American Cancer La sociedad era. (RSG-22-122-01-ET).
Otros coautores incluyen a Sophia Tang, Dongyun Kim, Amanda M. Murray, Kelsey L. Swingle, Alex G. Hamilton, Caitlin Marksich, Marshall S. Padilla y Jacqueline Lee de Penn Engineering, y Rohan Palanke de Penn Engineering and Children’s Hospital. de Filadelfia.
