Aunque la investigación fue una prueba de concepto, la terapia experimental ralentizó el crecimiento tumoral y la supervivencia prolongada en ratones con gliomas, que constituyen aproximadamente el 80 por ciento de los tumores cerebrales malignos en humanos.

La técnica aprovecha los exosomas, sacos llenos de líquido que las células liberan para comunicarse con otras células.

Si bien los exosomas están ganando terreno como portadores biológicamente amigables de materiales terapéuticos, debido a que hay muchos de ellos y no provocan una respuesta inmune, el truco con la terapia génica es encontrar una manera de encajar esas instrucciones genéticas relativamente grandes dentro de sus cuerpos diminutos en una escala que tendrá un efecto terapéutico.

Este nuevo método se basa en tecnología patentada que incita a las células humanas donadas, como las células madre adultas, a escupir millones de exosomas que, después de ser recolectados y purificados, funcionan como nanoportadores que contienen un medicamento. Cuando se inyectan en el torrente sanguíneo, saben exactamente en qué parte del cuerpo encontrar su objetivo, incluso si está en el cerebro.

"Piense en ellos como regalos de Navidad: el regalo está dentro de un contenedor envuelto con franqueo pagado y listo para usar", dijo el autor principal del estudio, L. James Lee, profesor emérito de ingeniería química y biomolecular en la Universidad Estatal de Ohio.

Y son regalos que siguen dando, Lee señaló: "Esta es una nanopartícula terapéutica inducida por la Madre Naturaleza".

El estudio se publica hoy (16 de diciembre) en la revista. Ingeniería Biomédica de la Naturaleza.

En 2017, Lee y sus colegas hicieron olas con la noticia de un descubrimiento de medicina regenerativa llamado nanotransfección de tejidos (TNT). La técnica utiliza un chip basado en nanotecnología para entregar carga biológica directamente en la piel, una acción que convierte las células adultas en cualquier tipo de célula de interés para el tratamiento dentro del propio cuerpo del paciente.

Al investigar más a fondo el mecanismo detrás del éxito de TNT, los científicos en el laboratorio de Lee descubrieron que los exosomas eran el secreto para entregar productos regenerativos al tejido muy por debajo de la superficie de la piel.

La tecnología fue adaptada en este estudio a una técnica del primer autor Zhaogang Yang, un ex investigador postdoctoral del estado de Ohio ahora en el Centro Médico del Sudoeste de la Universidad de Texas, denominado nanoporación celular.

Los científicos colocaron alrededor de 1 millón de células donadas (como las células mesenquimales recolectadas de la grasa humana) en una oblea de silicio de ingeniería nanométrica y utilizaron un estímulo eléctrico para inyectar ADN sintético en las células del donante. Como resultado de esta alimentación forzada de ADN, como lo describió Lee, las células necesitan expulsar material no deseado como parte del ARN mensajero transcrito de ADN y reparar los agujeros que se han perforado en sus membranas.

"Matan dos pájaros de un tiro: arreglan la fuga a la membrana celular y tiran la basura", dijo Lee. "La bolsa de basura que tiran es el exosoma. Lo que se expulsa de la célula es nuestra droga".

La estimulación eléctrica tuvo un efecto adicional de un aumento de miles de genes terapéuticos en una gran cantidad de exosomas liberados por las células, una señal de que la tecnología es escalable para producir suficientes nanopartículas para su uso en humanos.

Por supuesto, es esencial para cualquier terapia génica saber qué genes deben administrarse para solucionar un problema médico. Para este trabajo, los investigadores decidieron probar los resultados en tumores cerebrales de glioma mediante la entrega de un gen llamado PTEN, un gen supresor del cáncer. Las mutaciones de PTEN que desactivan esa función de supresión pueden permitir que las células cancerosas crezcan sin control.

Para Lee, fundador del Centro de nanoingeniería asequible de dispositivos biomédicos poliméricos del estado de Ohio, la producción del gen es la parte fácil. El ADN sintético alimentado a la fuerza a las células donantes se copia en una nueva molécula que consiste en ARN mensajero, que contiene las instrucciones necesarias para producir una proteína específica. Cada burbuja de exosoma que contiene ARN mensajero se transforma en una nanopartícula lista para el transporte, sin preocuparse por la barrera hematoencefálica.

"La ventaja de esto es que no hay toxicidad, nada que provoque una respuesta inmune", dijo Lee, también miembro del Centro Integral de Cáncer del Estado de Ohio. "Los exosomas van a casi todas partes del cuerpo, incluido el paso de la barrera hematoencefálica. La mayoría de los medicamentos no pueden llegar al cerebro".

"No queremos que los exosomas vayan al lugar equivocado. Están programados no solo para matar células cancerosas, sino para saber dónde ir para encontrar las células cancerosas. No quieres matar a los buenos".

Las pruebas en ratones mostraron que los exosomas marcados tenían muchas más probabilidades de viajar a los tumores cerebrales y ralentizar su crecimiento en comparación con las sustancias utilizadas como controles.

Debido al acceso seguro de los exosomas al cerebro, dijo Lee, este sistema de administración de medicamentos promete aplicaciones futuras en enfermedades neurológicas como la enfermedad de Alzheimer y Parkinson.

"Afortunadamente, un día esto se puede usar para necesidades médicas", dijo Lee. "Hemos proporcionado el método. Si alguien sabe qué tipo de combinación de genes puede curar una determinada enfermedad pero necesita una terapia, aquí está".

Este trabajo fue apoyado por la National Science Foundation; la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China; el Instituto Nacional del Corazón, los Pulmones y la Sangre; el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares; el Instituto de Prevención e Investigación del Cáncer de Texas, la Asociación Americana de Tumores Cerebrales; y el Instituto Nacional del Cáncer.

Los coautores del estado de Ohio, Junfeng Shi, Jingyao Sun, Xinmei Wang, Yifan Ma, Veysi Malkoc, Chiling Chiang, Kwang Kwak, Yamin Fan, Paul Bertani, Jose Otero y Wu Lu también trabajaron en la investigación.