Científicos del Johns Hopkins Medicine (Estados Unidos) han desarrollado una nanopartícula (un minúsculo recipiente biodegradable) que podría mejorar la administración de vacunas basadas en el ácido ribonucleico mensajero (ARNm) contra enfermedades infecciosas como la COVID-19, y vacunas para el tratamiento de enfermedades no infecciosas como el cáncer.

Los resultados de las pruebas con ratones, publicados en la revista científica ´Proceedings of the National Academy of Sciences´, muestran que la nanopartícula polimérica degradable portadora de una vacuna basada en ARNm, al ser inyectada en el torrente sanguíneo de los ratones, fue capaz de viajar hasta el bazo y activar de forma selectiva determinadas células inmunitarias que combaten el cáncer.

Los investigadores también descubrieron que los ratones con melanoma sobrevivían el doble de tiempo, y el doble de ratones con cáncer colorrectal sobrevivían a largo plazo, tras una inyección de las nanopartículas en comparación con los ratones que recibieron tratamientos de control.

Además, los científicos descubrieron que, en todos los ratones, aproximadamente la mitad de las células inmunitarias especializadas responsables de reconocer y destruir las células enfermas, como las infectadas por virus o las cancerosas, se habían activado y preparado para reconocer las células cancerosas invasoras específicas.

Las nanopartículas fabricadas a partir de lípidos (un tipo de ácido graso) son la base de las vacunas contra la COVID-19 de ARNm, como la de Pfizer y la de Moderna. Estas vacunas preventivas basadas en lípidos suelen inyectarse en el músculo.

Sin embargo, mientras que el músculo contiene muchas células capaces de expresar ARNm que pueden dar lugar a una respuesta de anticuerpos, hay relativamente pocas células dendríticas - células inmunitarias que enseñan al resto del sistema inmunitario, en particular a las células T, a buscar y destruir las células cancerosas. Los científicos podrían mejorar las vacunas centradas en el tratamiento del cáncer aumentando su capacidad de llegar a las células dendríticas con sus instrucciones de ARNm.

La inyección de vacunas basadas en 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 fuera enviada directamente al hígado y que pudiera enseñar eficazmente a las células del sistema inmunitario a buscar y destruir el objetivo apropiado", ha explicado el doctor Jordan Green, profesor de ingeniería biomédica de la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins.

Para fabricar vacunas más potentes contra enfermedades infecciosas y no infecciosas, como el cáncer, es necesario que el contenido de ARNm de la nanopartícula llegue, entre y se exprese en las células dendríticas. Según los investigadores, una vez que el ARNm se expresa en las células dendríticas, se degrada rápidamente y la respuesta inmunitaria resultante puede durar mucho más tiempo después de que el ARNm y las nanopartículas hayan desaparecido.

Habitualmente, los científicos han logrado esta orientación celular uniendo proteínas a una nanopartícula que se unen específicamente, como una cerradura y una llave, a la superficie de una célula diana. Sin embargo, en las pruebas de laboratorio realizadas con este método, sólo un pequeño porcentaje de nanopartículas llega a la célula diana, y los científicos afirman que estos métodos plantean problemas de fabricación.

Green y su equipo probaron varios materiales y finalmente decidieron encerrar el ARNm deseado en un recipiente a base de polímeros. Los polímeros son grupos repetitivos de moléculas pequeñas que forman una cadena estrechamente unida para crear una molécula mayor, y pueden diseñarse para biodegradarse y volver a convertirse en moléculas pequeñas en el organismo.

El equipo de Green modificó la proporción de moléculas hidrófilas y hidrófobas de la nanopartícula para que fuera más apta para encapsular el ARNm y facilitar su entrada en la célula diana.

A continuación, el equipo de investigadores utilizó enlaces disulfuro para que las nanopartículas se degradaran rápidamente dentro de la célula diana. Los polímeros utilizados para construir las nanopartículas contenían moléculas de recubrimiento final con afinidad por un tipo de tejido específico.

Por último, Green y su equipo añadieron a la nanopartícula un "ayudante", también conocido como adyuvante. El adyuvante ayuda a activar la célula dendrítica.

En experimentos con células cultivadas en el laboratorio, los investigadores descubrieron que la configuración de nanopartículas que habían desarrollado era captada por las células dendríticas primarias a niveles unas cincuenta veces superiores a los del ARNm por sí solo. En ratones, casi el 80 por ciento de las células del bazo a las que llegaron las nanopartículas eran 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 entre el 5 y el 6 por ciento de todas las células dendríticas del bazo captaban, abrían y procesaban con éxito la nanopartícula, y que esto ocurría sobre todo en las células dendríticas, en comparación con otras células inmunitarias como macrófagos, monocitos, neutrófilos y células T.

"El sistema inmunitario está diseñado para funcionar mediante una respuesta amplificada, en la que las células dendríticas enseñan a otras células inmunitarias qué deben buscar en el organismo", ha detallado Green.

Experimentos posteriores demostraron que la mitad de los ratones con cáncer colorrectal sobrevivían a largo plazo tras recibir dos inyecciones de la nueva formulación de nanopartículas más un fármaco inmunoterápico, en comparación con el 10 a 30 por ciento que sobrevivía tras el tratamiento con otras formulaciones de nanopartículas y un fármaco inmunoterápico o el fármaco inmunoterápico solo.

De los ratones con cáncer colorrectal que sobrevivieron a largo plazo, todos vivieron sin tratamiento adicional cuando los investigadores les administraron células adicionales de cáncer colorrectal, lo que sugiere una respuesta inmunológica a largo plazo que impidió la reaparición del cáncer.

Los investigadores también descubrieron que 21 días después del tratamiento con la nueva nanopartícula, el 60 por ciento de las células T asesinas de los ratones estaban preparadas para reconocer y atacar a las células colorrectales. Del mismo modo, en los ratones con melanoma, aproximadamente la mitad del mismo tipo de células T estaban preparadas para atacar al melanoma.

"El sistema de administración de nanopartículas fue capaz de crear un ejército de células T capaces de reconocer antígenos relacionados con el cáncer. Este nuevo sistema de administración de nanopartículas puede mejorar la administración de vacunas contra enfermedades infecciosas y abrir una nueva vía para el tratamiento del cáncer", ha afirmado Green.