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Programa InfoSalud (Argentina)

La estructura del nuevo coronavirus puede inspirar el diseño de nanopartículas para uso terapéutico

Publicado em 18 janeiro 2021

Por Elton Alisson, da Agência FAPESP

Determinadas características estructurales que confieren al coronavirus SARS-CoV-2 gran eficiencia para interactuar con sus receptores diana en las células humanas y desencadenar la Covid-19 podrían inspirar el diseño de nanopartículas sintéticas capaces de acarrear y liberar medicamentos de forma mejor controlada, que podrían ser usadas en el tratamiento de tumores, infecciones e inflamaciones.

La sugerencia fue hecha por investigadores del Centro Nacional de Investigación en Energía y Materiales (CNPEM por su sigla en portugués) en un artículo publicado con destaque en la revista Nano Today. El trabajo, basado en estudios de correlación, tiene apoyo de la FAPESP.

“El SARS-CoV-2 es una nanopartícula extremadamente eficiente en la interacción con sus receptores diana y puede servir como modelo para el desarrollo de nanopartículas sintéticas para aplicaciones biológicas más específicas”, dice Mateus Borba Cardoso, investigador del CNPEM, a Agência FAPESP y uno de los autores del estudio.

Según Cardoso, los virus, en general, son nanopartículas naturales en escala nanométrica (de la milmillonésima parte del metro) que interactúan de forma precisa y eficiente con la maquinaria biológica de los organismos y, gracias a características de estructura distribuidas homogéneamente, consiguen excelentes resultados de infección y, consecuentemente, de replicación.

En el caso del SARS-CoV-2, uno de los factores que permitió que el virus se volviera altamente contagioso fue precisamente la eficacia en el direccionamiento.

La principal puerta de entrada del nuevo coronavirus al cuerpo humano es la nariz, desde donde el virus se propaga a todo el tracto respiratorio. En esta región, la proteína ACE2 está alojada en las células epiteliales de los cilios móviles, con los que se une el SARS-CoV-2 para hacer posible la infección.

La interacción del SARS-CoV-2 con los cilios micrométricos de las células epiteliales de la nariz tiene ventajas considerables para el virus. Primero, porque la longitud de los cilios es aproximadamente 50 veces el tamaño del virus, de más o menos 5 micrómetros (µm) contra aproximadamente 100 nanómetros (nm). En segundo lugar, porque la interacción con el virus altera la función adecuada de las células en las etapas posteriores de la enfermedad, inhibiendo la eliminación del moco que podría prevenir futuras infecciones virales, subrayan los investigadores.

“La clave que desencadena el COVID-19 es una interacción guiada entre el SARS-CoV-2 y el receptor ACE2 en las células nasales, con el que tiene una afinidad de unión diez veces más fuerte que el SARS-CoV, aunque ambos comparten 76% de la secuencia genética de la proteína espiga [con la que el virus se une al receptor ACE2 de las células humanas)”, dice Cardoso.

En el SARS-CoV-2, las proteínas espigas se distribuyen uniformemente en la superficie del virus, de acuerdo con patrones geométricos y de simetría bien definidos. Esta meticulosa disposición, con espacios ordenados de 15 nm entre las proteínas espigas, optimiza la replicación y transforma una serie de interacciones débiles en fuertes, aumentando las posibilidades de que el virus entre y se replique en las células.

La meticulosa organización espacial entre las proteínas también aumenta la probabilidad de interacción ya que permite que las estructuras flexibles de la espiga y de la ACE2 asuman diferentes orientaciones espaciales, favoreciendo los puntos activos de contacto entre estas proteínas. Esta depurada flexibilidad en la maquinaria viral no se encuentra comúnmente en otros coronavirus.

Después de ser activada, la proteína espiga también cambia radicalmente su conformación y expone el dominio de unión al receptor (RBD por su sigla en inglés) para acoplarse con ACE2 con alta afinidad, dicen los investigadores.

“Estamos proponiendo utilizar estos conceptos de especificidad y eficiencia del SARS-CoV-2, que es capaz de interactuar de manera muy selectiva con las células humanas, para desarrollar nanopartículas con características que tiene el virus de modo que se unan a receptores de una determinada región tumoral, por ejemplo. De esta forma, sería posible reducir drásticamente las dosis y los efectos secundarios de los quimioterápicos ”, evalúa Cardoso.

Inspiración para la nanomedicina

Según los investigadores, uno de los mayores desafíos para imitar las características del SARS-CoV-2 en la producción de nanopartículas sintéticas está en el control preciso de la organización de la superficie de estas estructuras. Para lograr algo similar al nivel organizacional de los virus, los diseñadores de nanomateriales necesitan superar los métodos actuales e incorporar abordages sintéticos aún más precisos, como estrategias de funcionalización que permitan el control de la distancia promedio entre grupos bioactivos.

Los métodos de funcionalización de nanopartículas utilizados en la actualidad no permiten que las estructuras tengan una superficie homogénea como la del SARS-CoV-2, lo que probablemente dificulta la interacción específica entre los grupos activos y sus receptores.

Otro desafío importante está relacionado con la alta selectividad, que garantiza la "capacidad de respuesta" precisa a los eventos biológicos. Los receptores deben superar los obstáculos de interacción y pasar ilesos por el reconocimiento del sistema inmunológico hasta que encuentren objetivos que les permitan ingresar a las células. La focalización ineficaz a menudo conduce a que las nanopartículas funcionalizadas se acumulen en células y tejidos no deseados al tiempo que aumentan los efectos relacionados con la toxicidad.

Para ello, será necesario considerar la combinación racional de conocimientos relacionados con los arreglos estructurales de la superficie del virus para que, en contacto con el receptor, promuevan reacciones puntuales con mayor eficiencia, señalan los investigadores.

“Desarrollamos una plataforma para la producción de nanopartículas en CNPEM hace más de una década para aplicaciones en nanomedicina. Nuestras partículas, así como los virus, están siendo mutadas para mejorar cada vez más su eficiencia”, afirmó Cardoso.

El artículo “Nano-targeting lessons from the SARS-CoV-2” (DOI: 10.1016/j.nantod.2020.101012), de I. R. S. Ribeiro, R. F. da Silva, C. P. Silveira, F. E. Galdino y M. B. Cardoso, puede leerse en la revista Nano Today en www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S174801322030181X. 

Traducción Programa INFOCIENCIA