Los científicos de Johns Hopkins Medicine dicen que han desarrollado una nanopartícula, un contenedor biodegradable extremadamente pequeño, que tiene el potencial de mejorar la entrega de vacunas basadas en ácido ribonucleico mensajero (ARNm) para enfermedades infecciosas como COVID-19 y vacunas para tratar enfermedades no infecciosas incluido el cáncer.

Los resultados de las pruebas en ratones, publicados el 20 de junio en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias, muestran que la nanopartícula degradable a base de polímero que lleva una vacuna basada en ARNm, cuando se inyecta en el torrente sanguíneo de los ratones, pudo viajar al bazo y activar ciertas células inmunitarias que combaten el cáncer de manera específica.

Los investigadores también encontraron que los ratones con melanoma sobrevivieron el doble de tiempo, y el doble de ratones con cáncer colorrectal sobrevivieron a largo plazo, luego de una inyección de nanopartículas fabricadas por Johns Hopkins en comparación con los ratones que recibieron tratamientos de control.

Además, los científicos descubrieron que en los ratones, aproximadamente la mitad de las células inmunitarias especializadas responsables de reconocer y destruir células no saludables, como las infectadas con virus o cáncer, se habían activado y preparado para reconocer las células cancerosas invasoras específicas.

Las nanopartículas hechas de lípidos (un tipo de ácido graso) son la base de las vacunas de ARNm COVID-19. Estas vacunas preventivas basadas en lípidos se inyectan normalmente en el músculo.

Sin embargo, mientras que el músculo contiene muchas células capaces de expresar ARNm que puede conducir a una respuesta de anticuerpos, existen relativamente pocas células dendríticas, células inmunitarias que le enseñan al resto del sistema inmunitario, en particular a las células T, a buscar y destruir las células cancerosas. . Los científicos pueden mejorar las vacunas enfocadas en el tratamiento del cáncer al mejorar su capacidad para llegar a las células dendríticas con sus instrucciones de ARNm.

La inyección de vacunas a base de lípidos en el torrente sanguíneo ha resultado difícil porque las vacunas tienden a viajar directamente al hígado, donde se degradan.

« Nuestro objetivo era desarrollar una nanopartícula que no se enviara directamente al hígado y que pudiera enseñar de manera eficaz a las células del sistema inmunitario a buscar y destruir el objetivo apropiado », dice Jordan Green, Ph.D., profesor de ingeniería biomédica en Johns Escuela de Medicina de la Universidad de Hopkins.

Green explica que para hacer vacunas más fuertes para enfermedades infecciosas y no infecciosas, como el cáncer, se necesita que el contenido de ARNm de las nanopartículas alcance, ingrese y se exprese en las células dendríticas. Después de que el ARNm se expresa en las células dendríticas, se degrada rápidamente y la respuesta de las células inmunitarias resultante puede durar mucho más tiempo después de que el ARNm y las nanopartículas hayan desaparecido, dicen los investigadores.

Habitualmente, los científicos han logrado esta orientación celular mediante la unión de proteínas a una nanopartícula que se une específicamente, como un candado y una llave, a la superficie de una célula objetivo. Sin embargo, en las pruebas de laboratorio de este enfoque, solo un pequeño porcentaje de nanopartículas llega a la célula objetivo, y los científicos dicen que existen desafíos de fabricación con tales enfoques.

Green y su equipo probaron varios materiales y finalmente decidieron encerrar un ARNm deseado en un recipiente a base de polímero. Los polímeros son grupos repetitivos de pequeñas moléculas que forman una cadena fuertemente unida para crear una molécula más grande, y pueden diseñarse para biodegradarse de nuevo a pequeñas moléculas en el cuerpo. El equipo de Green diseñó la proporción de las nanopartículas de moléculas amantes del agua a moléculas con fobia al agua a la perfección, una clave para hacer que la nanopartícula sea más apta para encapsular el ARNm y facilitar la entrada en la célula objetivo.

Luego, el equipo de Green usó enlaces disulfuro para hacer que las nanopartículas se degradaran rápidamente dentro de la célula objetivo. Los polímeros utilizados para construir las nanopartículas contenían moléculas que recubren los extremos que tienen afinidad por un tipo de tejido específico.

Finalmente, Green y su equipo agregaron un « ayudante », también conocido como adyuvante, a la nanopartícula. El adyuvante ayuda a activar la célula dendrítica.

En experimentos de células cultivadas en el laboratorio, los investigadores encontraron que la configuración de nanopartículas que desarrollaron fue absorbida por células dendríticas primarias en niveles unas cincuenta veces más altos que el ARNm por sí mismo. En ratones, casi el 80 % de las células del bazo que alcanzaron las nanopartículas fueron las células dendríticas diana.

En una serie de experimentos, los investigadores utilizaron ratones con células inmunitarias modificadas genéticamente para que brillaran en rojo si se abría la nanopartícula para revelar su contenido de ARNm. Descubrieron que del 5% al ​​6% de todas las células dendríticas en el bazo captaron, abrieron y procesaron con éxito la nanopartícula, y que esto sucedió principalmente en las células dendríticas en comparación con otras células inmunitarias, incluidos los macrófagos, los monocitos, los neutrófilos y las células T.

« El sistema inmunitario está diseñado para funcionar a través de una respuesta amplificada, donde las células dendríticas enseñan a otras células inmunitarias qué buscar en el cuerpo », dice Green.

Experimentos posteriores demostraron que la mitad de los ratones con cáncer colorrectal sobrevivieron a largo plazo después de recibir dos inyecciones de la nueva formulación de nanopartículas más un fármaco de inmunoterapia, en comparación con el 10 % al 30 % que sobrevivió después del tratamiento con otras formulaciones de nanopartículas y un fármaco de inmunoterapia o la inmunoterapia droga sola.

De los ratones con cáncer colorrectal que sobrevivieron a largo plazo, todos vivieron sin tratamiento adicional cuando los investigadores les dieron células de cáncer colorrectal adicionales, lo que sugiere una respuesta inmunológica a largo plazo que evitó que el cáncer regresara.

Los investigadores también encontraron que 21 días después del tratamiento con la nueva nanopartícula, el 60% de las células T que matan células en los ratones estaban armadas para reconocer y atacar las células colorrectales. De manera similar, en ratones con melanoma, aproximadamente la mitad del mismo tipo de células T estaban preparadas para atacar el melanoma.

« El sistema de administración de nanopartículas pudo crear un ejército de células T que pueden reconocer antígenos relacionados con el cáncer », dice Green.

« Este nuevo sistema de administración de nanopartículas puede mejorar la forma en que se administran las vacunas para las enfermedades infecciosas y también puede abrir una nueva vía para el tratamiento del cáncer », dice Green.

Otros contribuyentes a la investigación son Elana Ben-Akiva, Johan Karlsson, Shayan Hemmati, Hongzhe Yu, Stephany Tzeng en Johns Hopkins y Drew Pardoll en el Johns Hopkins Bloomberg-Kimmel Institute for Cancer Immunotherapy and the Kimmel Cancer Center.

Este trabajo fue apoyado en parte por subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud (R01CA228133, P41EB028239, R37CA246699, F31CA250367), la Fundación Goldhirsh-Yellin, la subvención posdoctoral internacional del Consejo Sueco de Investigación y el Instituto Johns Hopkins Bloomberg-Kimmel para inmunoterapia contra el cáncer.

Ben-Akiva, Karlsson, Tzeng y Green son coinventores de patentes presentadas por la Universidad Johns Hopkins sobre tecnologías relacionadas con esta investigación.

Green y Tzeng son fundadores y tienen acciones de OncoSwitch Therapeutics. Tanto Green como Tzeng son miembros de la junta directiva de OncoSwitch Therapeutics. Green es fundador, accionista y consultor pagado de Cove Therapeutics LLC. Green es fundador, accionista y miembro de la junta directiva de WyveRNA. Los resultados del estudio discutidos en este comunicado de prensa podrían afectar el valor de OncoSwitch Therapeutics, Cove Therapeutics y WyveRNA. En virtud de los acuerdos de licencia entre Cove Therapeutics y la Universidad Johns Hopkins y WyveRNA y la Universidad Johns Hopkins, Green y Tzeng tienen derecho a distribuciones de regalías relacionadas con la tecnología descrita en el estudio discutido en el comunicado de prensa.