Las nanopartículas helicoidales activan alarmas de cáncer y proporcionan terapia génica

Científicos del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea del Sur (KAIST) han desarrollado un nuevo tipo de nanopartícula capaz de desencadenar respuestas inmunes contra el cáncer y al mismo tiempo administrar terapia génica. La innovación, descrita en un estudio publicado en la revista Biomaterials, involucra nanopartículas polipéptidas de forma helicoidal diseñadas para explotar las vulnerabilidades en las defensas de las células cancerosas y mejorar la efectividad de la inmunoterapia. El equipo de investigación, dirigido por el profesor Yeu-Chun Kim del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular del KAIST, diseñó estas nanopartículas para inducir una forma de muerte celular programada conocida como muerte celular inmunogénica (ICD).

La CIE ocurre cuando las células cancerosas moribundas liberan señales de socorro llamadas patrones moleculares asociados a daños (DAMP), alertando al sistema inmunológico de su presencia. Estas señales impulsan a las células inmunes a identificar y destruir las células cancerosas. Las nuevas nanopartículas logran esto al crear estrés interno dentro de las células cancerosas, lo que lleva a su desaparición y posterior señalización al sistema inmunológico. El diseño de las nanopartículas juega un papel crucial en su efectividad. A diferencia de las nanopartículas esféricas tradicionales, la estructura helicoidal permite que las partículas interactúen de manera más eficiente con la membrana celular.

Específicamente, las nanopartículas incorporan una amina cuaternaria cargada positivamente, un componente químico que se une fácilmente a las membranas celulares. Cuando se combina con la forma helicoidal, esta característica permite que las partículas penetren en la membrana celular como un tornillo, lo que les permite ingresar a las células cancerosas de manera más efectiva que las contrapartes no helicoidales con composiciones químicas idénticas. Una vez dentro de la célula cancerosa, las nanopartículas se dirigen a las membranas mitocondriales y otros orgánulos, causando una interrupción significativa. Esta interrupción conduce a un estrés celular severo, lo que finalmente resulta en la liberación de DAMPs.

Estas señales actúan como un faro para el sistema inmunológico, llamando la atención a las células cancerosas no detectadas previamente e iniciando una respuesta inmune. Además de desencadenar el reconocimiento inmune, las nanopartículas también sirven como transportistas eficientes para terapias basadas en genes. Entregan con éxito ARN mensajero (ARNm) y ARN pequeño que interfiere (ARNsi) en el citoplasma de las células cancerosas. El ARNm proporciona instrucciones para producir proteínas, mientras que el ARNsi puede silenciar genes específicos. Entregar estos materiales genéticos a las células suele ser un desafío debido a las barreras planteadas por las membranas celulares y los entornos intracelulares.

Sin embargo, las nanopartículas helicoidales superan estos obstáculos, asegurando la entrega efectiva de las cargas terapéuticas. Para optimizar la estabilidad y la funcionalidad, los investigadores incorporaron guanidinium, un grupo químico que interactúa fuertemente con el material genético. Esta adición ayudó a mantener la integridad estructural de las nanopartículas durante la circulación en el torrente sanguíneo mientras facilitaba la entrega dirigida de terapias génicas. Los ensayos experimentales con modelos de ratón demostraron resultados prometedores. En modelos de melanoma y cáncer colorrectal, las nanopartículas se cargaron con siRNA dirigido a PD-L1, una proteína que las células cancerosas a menudo usan para evadir la detección inmune.

El tratamiento suprimió significativamente el crecimiento del tumor, lo que sugiere aplicaciones potenciales en la terapia del cáncer humano. La doble función de las nanopartículas, desencadenando respuestas inmunes y entregando terapia génica, representa un gran avance en las estrategias de tratamiento del cáncer. Los enfoques tradicionales a menudo se basan en métodos separados para la inmunoterapia y la terapia génica, que requieren múltiples tratamientos y potencialmente aumentan los efectos secundarios. Esta nueva plataforma ofrece una solución unificada que podría mejorar los resultados de los pacientes al combinar dos aspectos críticos de la atención del cáncer en un único mecanismo de entrega eficiente.

Los investigadores tienen como objetivo explorar cómo las variaciones en la estructura helicoidal o los componentes químicos podrían influir en el rendimiento en diferentes tipos de cánceres. Si tiene éxito, esta tecnología podría allanar el camino para tratamientos de cáncer más personalizados y efectivos adaptados a las necesidades de los pacientes individuales.