De novo design of self-assembling protein nanoparticles towards the gene therapy of colorectal cancer

Hoy en dia, el cancer sigue siendo la segunda causa de muerte en el mundo. Por lo tanto, existe una gran necesidad de encontrar nuevas terapias que resulten mas efectivas para su tratamiento. Las terapias actuales, lejos de ser efectivas, producen una gran toxicidad sistemica y ofrecen un bajo porcentaje de supervivencia a los pacientes, siendo la principal causa de muerte la aparicion de focos metastaticos, especialmente en el cancer de colon. Por lo tanto, mejorar la especificidad celular y evitar la aparicion de focos metastaticos son los mayores retos a los que se enfrentan las futuras terapias contra el cancer. En este contexto, la terapia genica aparece como una alternativa muy prometedora ya que ofrece la posibilidad de personalizar las terapias ademas de disminuir su toxicidad. Dado que la bioseguridad es uno de los parametros que mas preocupa en este tipo de terapias, las proteinas multifuncionales aparecen como uno de los vectores de terapia genica mas prometedores no solo por su alta biocompatibilidad y su baja toxicidad, sino tambien por su gran plasticidad. Por otro lado, la necesidad de controlar el tamano de las particulas generadas para conseguir una adecuada biodistribucion in vivo ha sido ampliamente descrita en la literatura. En este trabajo, hemos explorado la posibilidad de modular el autoensamblaje de proteinas multifuncionales en nanoparticulas de un tamano predefinido con tal de obtener el maximo potencial de su capacidad de entrega de acidos nucleicos o drogas terapeuticas. En este contexto, hemos descrito parejas de tags arquitectonicos (de los cuales uno de ellos es una poli-histidina) que son capaces de inducir el autoensamblaje de las proteinas que las contienen en nanoparticulas con propiedades estructurales predefinidas. Tambien hemos estudiado la interaccion y el traffiking intracelular de estas nanoparticulas cuando las ponemos en contacto con celulas en cultivo, donde hemos visto que su internalizacion no resulta toxico para las celulas de mamiferos. Ademas, tambien hemos estudiado la estabilidad estructural que presentan estas nanoparticulas cuando se administra por via intravenosa en modelos de raton, mostrando que las interacciones intermoleculares que se generan durante el proceso de ensamblaje de las nanoparticulas in vitro, son suficientemente fuertes como para asegurar su estabilidad estructural in vivo. Se ha descrito que el receptor CXCR4 es un elemento clave en la formacion de focos metastaticos durante el desarrollo tumoral de diferentes tipos de cancer incluyendo el cancer de colon, para el cual actualmente no existe todavia ningun vehiculo que reconozca de forma especifica las celulas metastaticas. En este contexto, en este estudio hemos explorado la posibilidad de funcionalizar las nanoparticulas proteicas con ligandos que reconocen el receptor CXCR4 con tal de dirigirlas de forma especifica a las celulas que expresan este receptor. Entre los ligandos testados, hemos visto que el peptido T22 es un ligando inusualmente eficiente para el reconocimiento selectivo e internalizacion en celulas que expresan el receptor CXCR4 y que las nanoparticulas funcionalizadas con este ligando se biodistribuyen de forma selectiva a las celulas CXCR4+ in vivo en modelos murinos de cancer colorectal. Finalmente, tambien hemos explorado la posibilidad de usar nanoparticulas proteicas funcionalizadas como virus artificiales para la entrega especifica de acidos nucleicos en las celulas diana. Este trabajo muestra como las nanoparticulas que contienen dominios de union a acidos nucleicos, cuando son incubados junto a un DNA externo, son capaces de generar estructuras que imitan las estructuras virales, encapsulando el DNA en la parte interna de las estructura y protegiendolo a su vez del ataque de nucleasas externas. Sin embargo, es necesario anadir un paso de hidrolisis con DNasa y RNasas en la purificacion de nanoparticulas que contienen dominios de union a acidos nucleicos ya que se ha visto que unen acidos nucleicos bacterianos provenientes del sistema de expresion bacteriano utilizado para su produccion recombinante, afectando muy negativamente sobre su funcionalidad como virus artificiales. Por lo tanto, dado la gran biocompatibilidad que a priori se espera de las proteinas, sus propiedades arquitectonicas regulables y la posibilidad de funcionalizarlos con ligandos especificos, hace que las nanoparticulas proteicas autoensamblables sean una herramienta muy prometedora para la entrega dirigida de acidos nucleicos y drogas terapeuticas en las celulas de cancer metastatico de colon y en general en las celulas de mamifero.