Todos los organismos vivos están formados por células, estructuras más pequeñas que son capaces de realizar las tres funciones vitales: nutrición, relación y reproducción.
Por ejemplo, los organismos microscópicos unicelulares -como las bacterias y los protozoos-, y otros como las plantas, los animales y los hongos están formados por numerosas células que funcionan de forma coordinada (son pluricelulares).
Estas células pueden verse dañadas por los virus, agentes infecciosos microscópicos acelulares, que solo pueden multiplicarse en las células de otros organismos. Estos agentes infectan cualquier tipo de organismo, ya sea unicelular o pluricelular.
Imitando a los 'monstruos' microscópicos
Los virus son capaces de introducirse en las células para infectarlas, con macromoléculas que liberan una vez están dentro de ellas.
Lo que han hecho los científicos -del CNRS y de la Universidad de Estrasburgo (ambos centros en Francia)- ha sido diseñar un "virus químico" que, como los virus reales, puede cruzar la bicapa lipídica que rodea a las células para desintegrarse dentro de estas. Una vez dentro, estos virus artificiales también liberan compuestos activos.
Para lograr este objetivo, los investigadores debieron desarrollar partículas estables en el medio extracelular y capaces de unirse a las células para ser introducidas en estas, pero que al mismo tiempo eran más frágiles que las células, de tal manera que pueden desahecerse una vez dentro de ellas para liberar su contenido.
Por ejemplo, los organismos microscópicos unicelulares -como las bacterias y los protozoos-, y otros como las plantas, los animales y los hongos están formados por numerosas células que funcionan de forma coordinada (son pluricelulares).
Estas células pueden verse dañadas por los virus, agentes infecciosos microscópicos acelulares, que solo pueden multiplicarse en las células de otros organismos. Estos agentes infectan cualquier tipo de organismo, ya sea unicelular o pluricelular.
Imitando a los 'monstruos' microscópicos
Los virus son capaces de introducirse en las células para infectarlas, con macromoléculas que liberan una vez están dentro de ellas.
Lo que han hecho los científicos -del CNRS y de la Universidad de Estrasburgo (ambos centros en Francia)- ha sido diseñar un "virus químico" que, como los virus reales, puede cruzar la bicapa lipídica que rodea a las células para desintegrarse dentro de estas. Una vez dentro, estos virus artificiales también liberan compuestos activos.
Para lograr este objetivo, los investigadores debieron desarrollar partículas estables en el medio extracelular y capaces de unirse a las células para ser introducidas en estas, pero que al mismo tiempo eran más frágiles que las células, de tal manera que pueden desahecerse una vez dentro de ellas para liberar su contenido.
Provocando la muerte de células cancerígenas
En el desarrollo de los virus químicos, los científicos franceses usaron dos polímeros por ellos mismos diseñados, que se pueden autoensamblar o disociar, según las condiciones circundantes.
Con el uso de estos dos polímeros lograron crear un “virus químico” que cumple con todas las condiciones necesarias para introducir las proteínas activas en las células.
El primer polímero (PGI-Ni2 +) sirve como sustrato de las proteínas que se unen a él, mientras el segundo, recientemente patentado (πPEI), encapsula este montaje gracias a sus cargas positivas, que se unen a las cargas negativas del PGI-Ni2 +.
Así, las partículas obtenidas son capaces de reconocer la membrana celular y se unen a ella. Esta unión activa una respuesta celular: la nanopartícula está rodeada por un fragmento de membrana y entra en el compartimento intracelular, llamado endosoma.
Aunque estas partículas poliméricas se mantienen estables en el exterior de la célula, el entorno interior de las células las "ataca", por su acidez, provocando su disociación.
Así, gracias a esto, los científicos han sido capaces de concentrar las proteínas activas suficientes dentro de las células y lograr con ello un efecto biológico que se note. Por ejemplo, han usado el sistema para introducir en líneas celulares de cáncer una proteína llamada caspasa 3, con la que consiguieron inducir muerte celular en un 80% de las células.
Avances biotecnológicos
La biotecnología consiste en la utilización de seres vivos sencillos (bacterias y levaduras) y células eucariotas en cultivo, cuyo metabolismo y capacidad de biosíntesis se utilizan para la fabricación de sustancias específicas aprovechables por el hombre.
Los avances en la biotecnología ofrecen una gran cantidad de compuestos con potencial terapéutico, que en muchos casos sólo se activan dentro de las células humanas pero sin ser utilizables debido a la membrana que las rodea, siendo una barrera que no pueden cruzar. Por ello, el objetivo y reto a la vez, es encontrar soluciones de transferencia que sean capaces de pasar esa barrera.
Con estos avances, los resultado son alentadores, ya que este “virus químico” sólo se convierte en tóxico a uno dosis diez veces mayor que la utilizada en el estudio. Además, tras los resultados preliminares con un ratón no se revela ningún exceso de mortalidad, aunque la eliminación de los dos polímeros por el cuerpo sigue siendo un tema abierto.
La siguiente etapa de la investigación consistirá en probar ese método en profundidad, a corto plazo, este sistema servirá como herramienta de investigación de vectorizaión de proteínas recombinantes o modificados químicamente a las células. Además, a más largo plazo, este trabajo puede hacer posiible la aplicación de proteínas farmacéuticas y contribuir al desarrollo de medicamentos innovadores.
Este trabajo e investigación fue posible gracias a la colaboración de los biofísicos y biólogos. A las habilidades en criomicroscopía electrónica disponibles en el Instituto de Génétique et de Biologie moléculaire et Cellulaire (CNRS / Université de Strasbourg / Inserm), y a la experiencia en microscopía de fuerza atómica del Laboratoire de Biophotonique et Pharmacologie (CNRS / Université de Strasbourg) habilitadas altamente caracterización precisa de los conjuntos moleculares. El Laboratoire Biotechnologie et Señalización Celular (CNRS / Université de Strasbourg) suministró las proteínas recombinantes encapsulados en el virus artificial.
En el desarrollo de los virus químicos, los científicos franceses usaron dos polímeros por ellos mismos diseñados, que se pueden autoensamblar o disociar, según las condiciones circundantes.
Con el uso de estos dos polímeros lograron crear un “virus químico” que cumple con todas las condiciones necesarias para introducir las proteínas activas en las células.
El primer polímero (PGI-Ni2 +) sirve como sustrato de las proteínas que se unen a él, mientras el segundo, recientemente patentado (πPEI), encapsula este montaje gracias a sus cargas positivas, que se unen a las cargas negativas del PGI-Ni2 +.
Así, las partículas obtenidas son capaces de reconocer la membrana celular y se unen a ella. Esta unión activa una respuesta celular: la nanopartícula está rodeada por un fragmento de membrana y entra en el compartimento intracelular, llamado endosoma.
Aunque estas partículas poliméricas se mantienen estables en el exterior de la célula, el entorno interior de las células las "ataca", por su acidez, provocando su disociación.
Así, gracias a esto, los científicos han sido capaces de concentrar las proteínas activas suficientes dentro de las células y lograr con ello un efecto biológico que se note. Por ejemplo, han usado el sistema para introducir en líneas celulares de cáncer una proteína llamada caspasa 3, con la que consiguieron inducir muerte celular en un 80% de las células.
Avances biotecnológicos
La biotecnología consiste en la utilización de seres vivos sencillos (bacterias y levaduras) y células eucariotas en cultivo, cuyo metabolismo y capacidad de biosíntesis se utilizan para la fabricación de sustancias específicas aprovechables por el hombre.
Los avances en la biotecnología ofrecen una gran cantidad de compuestos con potencial terapéutico, que en muchos casos sólo se activan dentro de las células humanas pero sin ser utilizables debido a la membrana que las rodea, siendo una barrera que no pueden cruzar. Por ello, el objetivo y reto a la vez, es encontrar soluciones de transferencia que sean capaces de pasar esa barrera.
Con estos avances, los resultado son alentadores, ya que este “virus químico” sólo se convierte en tóxico a uno dosis diez veces mayor que la utilizada en el estudio. Además, tras los resultados preliminares con un ratón no se revela ningún exceso de mortalidad, aunque la eliminación de los dos polímeros por el cuerpo sigue siendo un tema abierto.
La siguiente etapa de la investigación consistirá en probar ese método en profundidad, a corto plazo, este sistema servirá como herramienta de investigación de vectorizaión de proteínas recombinantes o modificados químicamente a las células. Además, a más largo plazo, este trabajo puede hacer posiible la aplicación de proteínas farmacéuticas y contribuir al desarrollo de medicamentos innovadores.
Este trabajo e investigación fue posible gracias a la colaboración de los biofísicos y biólogos. A las habilidades en criomicroscopía electrónica disponibles en el Instituto de Génétique et de Biologie moléculaire et Cellulaire (CNRS / Université de Strasbourg / Inserm), y a la experiencia en microscopía de fuerza atómica del Laboratoire de Biophotonique et Pharmacologie (CNRS / Université de Strasbourg) habilitadas altamente caracterización precisa de los conjuntos moleculares. El Laboratoire Biotechnologie et Señalización Celular (CNRS / Université de Strasbourg) suministró las proteínas recombinantes encapsulados en el virus artificial.
Referencia bibliográfica:
Viktoriia Postupalenko, Dominique Desplancq, Igor Orlov, Youri Arntz, Danièle Spehner, Yves Mely, Bruno P. Klaholz, Patrick Schultz, Etienne Weiss, Guy Zuber. Protein Delivery System Containing a Nickel-immobilized Polymer for Multimerization of Affinity Purified His-tagged Proteins Enhances Cytosolic Transfer. Angewandte Chemie International Edition (2015). DOI: 10.1002/anie.201505437.
Viktoriia Postupalenko, Dominique Desplancq, Igor Orlov, Youri Arntz, Danièle Spehner, Yves Mely, Bruno P. Klaholz, Patrick Schultz, Etienne Weiss, Guy Zuber. Protein Delivery System Containing a Nickel-immobilized Polymer for Multimerization of Affinity Purified His-tagged Proteins Enhances Cytosolic Transfer. Angewandte Chemie International Edition (2015). DOI: 10.1002/anie.201505437.