Vacunas de nanogeles para inmunizar contra tumores

La generación de respuestas inmunitarias humorales y celulares específicas desempeña un papel fundamental en el desarrollo de vacunas eficaces contra los tumores. Las diferentes estrategias, que van desde la entrega de ARNm que codifican antígenos hasta péptidos o antígenos completos, son accesibles, pero a menudo tienen una inmunogenicidad insuficiente y requieren adyuvantes inmunoestimulantes, así como plataformas transportadoras para garantizar la estabilidad y la retención adecuada. En el artículo “Systemically Administered TLR7/8 Agonist and Antigen-Conjugated Nanogels Govern Immune Responses against Tumors“ (ACS Nano) investigadores de distintas instituciones de Alemania  presentan una plataforma de nanogel sensible al pH como una vacuna antitumoral de dos componentes que es segura para la aplicación intravenosa y provoca respuestas inmunitarias sólidas in vitro e in vivo.

Crédito: Judith Stickdorn y col. ACS Nano 2022 , 16 , 3 , 4426–4443

La nueva clase de vacuna consta de dos componentes: en primer lugar, el antígeno, específico de la célula tumoral (extraído del tejido de un paciente) que debe ser reconocido por el sistema inmunitario como un "enemigo" y en segundo lugar, el activador inmunitario, un "aguijón" capaz de sacudir al sistema inmunológico. El diseño químico subyacente permite la unión covalente directa del antígeno y un adyuvante inmunitario (agonista de TLR7/8) en el mismo sistema nanoportador. La nanovacuna de dos componentes produjo en estudios profilácticos y terapéuticos una reducción del crecimiento específico de diferentes tumores. Las múltiples y versátiles  oportunidades para la funcionalización de los nanogeles los hace prometedores en el desarrollo de nanovacunas altamente personalizadas y potentes. Toda una alternativa eficiente a las vacunas de ARNm.  

Lectura complementaria:      

Systemically Administered TLR7/8 Agonist and Antigen-Conjugated Nanogels Govern Immune Responses against Tumors

Sí, las vacunas COVID-19 pueden contener nano-objetos

El COVID-19 se ha convertido en una de las principales causas de mortalidad mundial y ha provocado trastornos masivos de salud y económicos. La vacunación mundial intensiva ofrece el camino más eficiente para poner fin a la pandemia. Las vacunas COVID-19 de primera generación (ARNm o vectores virales) están avanzando a un ritmo fenomenal. Las de Pfizer y Moderna utilizan un nanodelivery de  nanopartículas lipídicas (LNP) para proteger al lábil ARNm de modo que pueda llegar al ribosoma intacto para producir las proteínas antigénicas. Estas vacunas presentan ventajas de fabricación frente a las realizadas con las modalidades tradicionales (vacunas inactivadas, vacunas vivas atenuadas y vacunas de proteínas recombinantes). En la actualidad crecen exponencialmente las vacunas con nanopartículas por su capacidad de brindar una oportunidad única para proporcionar soluciones a las pandemias actuales y futuras. Cabe señalar que en nanotecnología se define como nano-objeto aquello que por lo menos tiene una dimensión en la nanoescala (1 a 100 nanómetros). Si el nano-objeto tiene las tres dimensiones en la nanoescala se lo denomina nanopartícula (NP), si tiene dos nanofibra y si tiene una sola nanoplaca (Ej.: el grafeno). El desarrollo de vacunas de próxima generación con NPs proporciona vías para impulsar fuertes respuestas debido a que las pequeñas nanopartículas son capaces de estimular el sistema inmune  originando soluciones robustas. En la actualidad hay al menos 26  vacunas basadas en nanopartículas biológicas en ensayos clínicos en humanos (Tabla 1 del artículo Current and future nanoparticle vaccines for COVID-19) y aproximadamente otras 60 candidatas adicionales en diversas etapas de desarrollo preclínico.

En el contexto señalado aparece toda la discusión vinculada con el posible contenido de grafeno en las vacunas. Su origen puede encontrarse en la patente China CN112220919A del Centro Nacional de Investigación de Ingeniería de Shanghai para la Nanotecnología, en la cual puede leerse que contiene como adjuvante óxido de grafeno. Su utilización probablemente se deba al impacto positivo del óxido de grafeno funcionalizado en determinadas células inmunitarias, un punto de partida para desarrollar plataformas biomédicas como nuevas inmunoterapias, portadores de vacunas y nanoadyuvantes (leer Single-cell mass cytometry and transcriptome profiling reveal the impact of graphene on human immune cells, y Recent progress of graphene oxide as a potential vaccine carrier and adjuvant).

A la discusión sobre el agregado o no de derivados del grafeno en las vacunas, se le adiciona artículos en los cuales se utiliza al grafeno como nanoantena flexible en sensores portátiles inalámbricos de RF (radioftrecuencia) o vinculadas a sistemas 5G. Por ejemplo  el artículo Flexible Graphene-Assembled Film-Based Antenna for WirelessWearable Sensor with Miniaturized Size and High Sensitivity realizado por investigadores de la Wuhan University of Technology, Wuhan, R. China. Este tipo de publicaciones también alimenta la imaginación de quienes postulan la colocación nano-objetos en las vacunas para luego realizar la localización y  seguimiento de los individuos...
Más de 26 vacunas basadas en NPs en ensayos clínicos en humanos y aproximadamente otras 60 en diversas etapas de desarrollo preclínico (estudios en animales) marcan toda una tendencia científico-tecnológica. Los estrictos entes de aprobación internacional de medicamentos tienen la responsabilidad de evaluar los estudios y garantizar con rigor y transparencia su utilización solo para la finalidad propuesta. 

Lecturas complementarias: 

Current and future nanoparticle vaccines for COVID-19. 

Single-cell mass cytometry and transcriptome profiling reveal the impact of graphene on human immune cells.

Flexible Graphene-Assembled Film-Based Antenna for Wireless Wearable Sensor with Miniaturized Size and High Sensitivity.

Recent progress of graphene oxide as a potential vaccine carrier and adjuvant.

Vacunas con estructuras MOF para infecciones urinarias

La Asociación Americana de Urología estima que 150 millones de infecciones urinarias ocurren anualmente en todo el mundo, generando $ 6000 millones en gastos médicos. Si no se tratan con éxito, las infecciones del tracto urinario (ITU) pueden provocar sepsis fatal. En el artículo Metal-Organic Framework Encapsulated Whole-Cell Vaccines Enhance Humoral Immunity against Bacterial Infection publicado en la revista ACS Nano, investigadores de la University of Texas de Dallas y del Institut Pasteur de  Paris, realizan  vacunas con células enteras para combatir las infecciones del tracto urinario (ITU), como parte de un esfuerzo para abordar el problema de las bacterias resistentes a los antibióticos.

Las vacunas funcionan intro- duciendo en el cuerpo una pequeña cantidad de gérmenes causantes de enfermedades muertos, debilitados o algunos de sus componentes. Estos antígenos impulsan al sistema inmunológico a producir anti- cuerpos contra una enfermedad en particular. La construcción de vacunas contra bacterias patógenas es intrínsecamente difícil debido a que las bacterias son significativamente más grandes y más complejas que los virus. Seleccionar cuales componentes biológicos usar para crear antígenos ha sido un gran desafío, en consecuencia, es preferible usar toda la célula a elegir solo una parte de una bacteria. Sin embargo, el enfoque de células completas tiene sus propios problemas. Las vacunas con bacterias muertas de células enteras no han tenido éxito, las células normalmente no duran lo suficiente en el cuerpo para producir respuestas inmunes duraderas a largo plazo. Esa es la razón por la cual los investigadores utilizan estructuras organometálicas (MOF) de zinc 2-metilimidazol para encapsular e inactivar células bacterianas completas  creando  un "depósito" para mayor durabilidad de las vacuna en el cuerpo. El  depósito de antígeno-MOF permite que un patógeno muerto e intacto exista en el tejido por más tiempo, como si fuera una infección, para desencadenar una respuesta del sistema inmunológico a gran escala. La estructura MOF desarrollada encapsula e inmoviliza una célula bacteriana en una matriz polimérica cristalina que no solo mata la bacteria sino también la preserva y estabiliza frente a altas temperaturas, humedad y disolventes orgánicos. 

Crédito: Jeremiah J. Gassensmith y col. ACS Nano 2021

Los investigadores utilizaron en su desarrollo una cepa de Escherichia coli, la E. coli uropatógena causante de alrededor del 80% de todas las infecciones urinarias. Las pruebas en roedores mostraron resultados excelentes. El estudio refuerza el concepto de que las vacunas de células enteras son las más efectivas en casos de sepsis letal extrema y sería la solución contra las infecciones urinarias recurrentes. El método de depósito de antígenos celulares también podría aplicarse ampliamente a otras infecciones bacterianas, incluidas la endocarditis y la tuberculosis.

Información complementaria: Metal-Organic Framework Encapsulated Whole-Cell Vaccines Enhance Humoral Immunity against Bacterial Infection

Nanopartículas LNP-siRNA reducen 99,9% la carga viral

El artículo vincula las nanopartículas lipídicas (LNP) constituyentes de un nanodelivery en las vacunas de Pfizer y Moderna que permite al RNAm llegar el ribosoma intacto para producir las proteínas antigénicas, con la aplicación terapéutica de las LNP-siARN en la enfermedad COVID-19, tecnología capaz de apuntar directamente al SARS-CoV-2 para el eliminar la carga viral en el pulmón.

Crédito: A. Idris, A. Davis^, A. Supramaniam, T.  A. Scott, N.  A. McMillan y K. V. Morris. Molecular Therapy 2021.

En el capítulo “La biotecnología y las tecnologías de convergencia” publicado (12/05/09) en el Tomo 10 “Inventando el futuro” del Master en Negocios. Diario Clarín - iEco – Materiabiz, decía: “Los Premios Nobel anticipan los grandes negocios del futuro. En el año 2006, los estadounidenses Andrew Z. Fire y Craig C. Mello han recibido el Premio Nobel de Fisiología y Medicina. El mismo año, otro estadounidense, llamado Roger D. Kornberg ha ganado el Nobel de Química. Ambos galardones han estado vinculados con investigaciones sobre el RNA de interferencia (RNAi) o small interfering RNA (siRNA). Es sabido que la información contenida en el DNA se transfiere a un RNA mensajero (RNAm) el cual sale del núcleo celular y sobre la información de éste se producen las proteínas encargadas de efectivizar el mandato genético. Una vez descubierta la proteína vinculada a una determinada enfermedad, bastará con diseñar un siRNA de doble cadena relacionado con una parte de la secuencia de bases originaria que produce la proteína. Este siRNA bloqueará al RNAm, impidiendo la síntesis proteica y luego favoreciendo su destrucción por hidrólisis”. “Lo señalado podía marcar el nacimiento de una nueva forma de fármacos y biopesticidas”.

Desde entonces investigadores e innovadores se han volcado al desarrollo en la temática y varios analistas han calificado al siRNA como uno de los campos de "avance multimillonario" de la biotecnología.

No obstante el siRNA para ingresar a la célula y cumplir su función específica debe ser protegido, hoy con el avance de la nanotecnología, se hace delivery de nanopartículas lipídicas capaces de transportar al siRNA para poder silenciar al RNAm.

En el artículo A SARS-CoV-2 targeted siRNA-nanoparticle therapy for COVID-19 publicado en la revista Molecular Therapy (2021) por un equipo internacional de investigadores del Menzies Health Institute Queensland, School del Medical Science Griffith University de Australia, del Center for Gene Therapy, Hematological Malignancy and Stem Cell Transplantation Institute-City of Hope Beckman Research Institute USA, del Irell & Manella Graduate School of Biological Sciences of City of Hope USA y de la University of Queensland Australia, han desarrollado una terapia antiviral experimental de acción directa para tratar COVID-19. Este enfoque antiviral de próxima generación utilizó tecnología de siRNA para atacar el genoma del virus directamente, lo que detiene la replicación del virus. Las nanopartículas lipídicas fueron diseñadas para entregar el siRNA a los pulmones, en el sitio crítico de infección. El tratamiento altamente específico reduce la carga viral en un 99,9%. Las nanopartículas furtivas se pueden enviar a una amplia gama de células pulmonares y silenciar los genes virales.

Mientras las vacunas de Pfizer y Moderna han sido aprobadas gracias a que las nanopartículas lipídicas (LNP) constituyen el nanodelivery que permite al RNAm llegar el ribosoma intacto para producir las proteínas antigénicas, la aplicación directa de LNP-siARN, aunque relativamente nueva, constituye la tecnología de próxima generación, programable, escalable, estable y relativamente segura para ofrecer una terapéutica específica al apuntar directamente al SARS-CoV-2 en el tratamiento de la enfermedad COVID-19.

Lectura complementaria:

A SARS-CoV-2 targeted siRNA-nanoparticle therapy for COVID-19.

Biofábrica hepática para “desnicotinizar”

Un equipo de 12 científicos del Weill Cornell Medical College (Nueva York) dirigido por el Dr. Ronald G. Cristal publicaron en la revista Science Translational Medicine del 27 de junio el trabajo de investigación "AAV (adeno-associated virus)-Direct Persistent Expression of a Gene Encoding Anti-Nicotine Antibody for Smoking Cessation", en el cual presentan la obtención    de una  vacuna  basada en la utilización del hígado como una fábrica para producir continuamente anticuerpos monoclonales que “se comen” a la nicotina al entrar en el torrente sanguíneo, evitando su llegada al cerebro e impidiendo la sensación de satisfacción. De esta manera, el hígado es usado como una fábrica, ubicada en el cuerpo del individuo, para producir continuamente anticuerpos.  Ronald Crystal, presidente y profesor de Medicina Genética del Weill Cornell Medical College, expresa "por lo que podemos ver, la mejor manera de tratar la adicción a la nicotina crónica de fumar es tener estos anticuerpos “Pac-man” , que sirven para depurar la sangre según sea necesario, antes de que la nicotina pueda tener algún efecto biológico".   La vacuna sólo se probó en ratones. Los científicos prevén ahora probar la vacuna contra la nicotina en ratas y monos como un paso necesario  a la prueba en los seres humanos.    En caso de tener éxito en humanos, "la vacuna podría ser usada para prevenir el hábito del tabaco y adelantarse a la adicción a la nicotina en las personas que nunca fumaron”.  La estrategia biotecnológica podría ayudar a los millones de fumadores que han intentado dejar el cigarrillo agotando, sin éxito,  todos los métodos existentes actualmente en el mercado.