Vehículos de entrega de células bioinspirados de nuevo diseño – ScienceDaily

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Los nanocontenedores pueden transportar sustancias a las células donde luego pueden tener un efecto. Este es el método usado, por ejemplo, en las vacunas de ARNm que se usan actualmente contra Covid-19 y en algunos medicamentos contra el cáncer. En la investigación, también se pueden usar transportadores similares para administrar sustancias marcadas en las células con el fin de estudiar las funciones básicas de las células. Para aprovechar todo su potencial, los científicos están llevando a cabo una extensa investigación sobre cómo los nanocontenedores interactúan con los entornos biológicos y cómo deben construirse químicamente para llevar la carga a las células de la manera más suave y controlable posible.

Los científicos de la Universidad de Münster desarrollaron recientemente un nuevo tipo de nanocontenedor construido completamente a partir de componentes biológicos. A diferencia de otros transportistas, estos no se basan en lípidos, sino en compuestos de azúcar que están sellados con una capa de estructuras proteicas, los llamados polipéptidos, cuyo grosor se adapta con precisión. «Fabricamos sintéticamente los componentes de nuestros nanocontenedores, pero son absorbidos por las células y, debido a la estructura general que hemos desarrollado, también son degradados por ellos al igual que las sustancias naturales», explica el químico Prof. Bart Jan Ravoo. «Para la degradación de la cubierta del contenedor dentro de la célula, utilizamos dos mecanismos naturales: en consecuencia, las sustancias transportadas se liberan rápidamente, tan pronto como llegan a la célula», agrega el bioquímico Prof. Volker Gerke.

Los científicos quieren usar los diminutos nanocontenedores, que tienen alrededor de 150 nanómetros de diámetro, para cargar células con lípidos etiquetados biológicamente relevantes que se pueden usar para estudiar los procesos de transporte que ocurren dentro de la membrana celular. Además, planean desarrollar aún más el diseño químico de los contenedores para que, por ejemplo, solo sean absorbidos por ciertos tipos de células o liberen su carga solo cuando sean estimulados por luz externa. En el futuro, los sistemas de transporte construidos con componentes de azúcar y proteínas también pueden ser adecuados para aplicaciones en organismos vivos para administrar medicamentos específicamente a ciertos tejidos y células. El estudio fue publicado en la revista Ciencia avanzada.

Los materiales bioinspirados se organizan formando contenedores para el transporte de mercancías.

Para sintetizar los nuevos transportadores de carga, los científicos utilizaron compuestos de azúcar (ciclodextrinas modificadas) que son similares en estructura, y por lo tanto en comportamiento, a ciertos lípidos que se encuentran naturalmente en cada célula. Al igual que los lípidos protectores de la membrana celular, las estructuras de azúcar se ordenan formando una envoltura en la que encierran las sustancias a transportar. Sin embargo, como el contenedor resultante aún tiene fugas y perdería su carga con el tiempo, los científicos agregaron estructuras de proteínas (polipéptidos) que forman una capa de sellado alrededor del contenedor. «Para probar el grosor de la capa de sellado, variamos la longitud de las secuencias de péptidos y las adaptamos para que los contenedores encapsularan su carga de manera estable», explica Sharafudheen Pottanam Chali, estudiante de doctorado en química y uno de los dos autores principales del estudio. . .

Nanocontenedores que utilizan una vía natural en las células

En el siguiente paso, los científicos investigaron si las células absorbían los nanocontenedores recientemente desarrollados y cómo. Su hipótesis era que esto ocurre a través de la llamada endocitosis. En este proceso, las células internalizan una parte de su membrana celular y la pellizcan, creando pequeñas vesículas llamadas endosomas en las que el material extracelular se transporta al interior de la célula. Para probar esto, los científicos utilizaron un compuesto de azúcar (dextrano) que se sabe que es absorbido por endocitosis. Trataron sus cultivos celulares con dextrano rojo fluorescente y, al mismo tiempo, agregaron nano-contenedores llenos de una carga verde fluorescente (piranina). «En el microscopio de fluorescencia, se hizo visible que ambas sustancias fueron absorbidas por las células por igual y su fluorescencia se superpuso visiblemente, por lo que pudimos concluir que los nanocontenedores, al igual que el dextrano, fueron absorbidos efectivamente por las células a través del proceso de transporte endosómico». explica Sergej Kudruk, estudiante de doctorado en bioquímica y también uno de los autores principales del estudio. Los científicos han confirmado esto para dos tipos diferentes de células: células de los vasos sanguíneos humanos y células cancerosas.

La cáscara del recipiente se descompone mediante enzimas en los endosomas de las células.

Las condiciones dentro de los endosomas difieren de las del entorno celular, que los científicos ya estaban considerando al diseñar sus nanocontenedores. Construyeron los contenedores de tal manera que el entorno alterado en los endosomas desestabiliza y degrada parcialmente la capa polipeptídica: los nanocontenedores se vuelven permeables y liberan su carga dentro de la célula. «Cuando los recipientes se absorben en los endosomas, entran en juego dos tipos de enzimas, que sabíamos que están presentes en los endosomas y que pueden contribuir a la degradación de la cáscara en sitios específicos», explica Sergej Kudruk. «Las llamadas reductasas degradan los puentes disulfuro que se establecieron previamente para reticular las moléculas peptídicas de nuestros nanocontenedores; además, las peptidasas escinden las moléculas peptídicas en sí mismas», añade Sharafudheen Pottanam Chali. Los científicos también probaron la degradabilidad de la carcasa del contenedor fuera de la celda. Para ello, cargaron los contenedores con un tinte fluorescente y simularon parte del complejo del microambiente endosómico utilizando la enzima tripsina y agentes reductores. Después del tratamiento, el tinte se filtró inmediatamente.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Universidad de Münster. Nota: El contenido se puede cambiar según el estilo y la longitud.

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