03 de abril de 2020 (Proyector Nanowerk) El termino Medicina personalizada describe decisiones médicas que se adaptan a pacientes individuales o grupos específicos de pacientes. Este tipo de enfoque tiene el potencial de maximizar la eficacia proporcionando a cada paciente una atención óptima y evitando remedios ineficaces. Las vacunas, tanto contra bacterias como contra tumores, son una modalidad clínica que podría beneficiarse significativamente de la personalización. Las estrategias de vacunación eficaces podrían ayudar a abordar muchas enfermedades desafiantes, pero las vacunas actuales están limitadas por factores como la falta de potencia y amplitud antigénica. Recientemente, los investigadores se han inclinado hacia el uso de la nanotecnología biomimética como un medio para abordar estos obstáculos. Un informe de progreso recién publicado en Materiales avanzados ("Nanotecnología biomimética hacia vacunas personalizadas") analiza los avances recientes en el desarrollo de nanovacunas biomiméticas para aplicaciones antibacterianas y anticancerígenas, con énfasis en su potencial para la medicina personalizada. Los autores, del Departamento de Nanoingeniería, Programa de Ingeniería Química y Moores Cancer Center de la Universidad de California en San Diego, comienzan con una descripción general de inmunología básica y discuten los principios que gobiernan el diseño efectivo de vacunas. Luego discuten en detalle las ventajas de incorporar nanotecnología en la ingeniería de vacunas y el estado actual de las nanovacunas. Finalmente, revisan los desarrollos recientes en nanovacunas para la terapia antibacteriana y anticancerígena, con un enfoque especial en las plataformas biomiméticas que tienen implicaciones futuras para la medicina personalizada.
Nanovacunas biomiméticas personalizadas. Para la vacunación contra el cáncer, el material antigénico puede recolectarse directamente del tumor resecado de un paciente, formularse en una nanopartícula biomimética y luego administrarse nuevamente al paciente para promover la inmunidad específica del tumor. Para la vacunación antibacteriana, los factores de virulencia específicos de la cepa o la membrana pueden inmovilizarse sobre sustratos de nanopartículas, y los complejos resultantes pueden usarse para vacunar a pacientes con un riesgo identificado contra el patógeno asociado. (Reimpreso con permiso de Wiley-VCH Verlag) La nanotecnología ofrece muchos beneficios que pueden aprovecharse para aumentar la potencia de las formulaciones de vacunas. Una ventaja de las formulaciones basadas en nanopartículas es la capacidad de codificar material antigénico del hígado con un adyuvante inmunoestimulador (ver, por ejemplo: “Vacunas nanotecnológicas en inmunoterapia contra el cáncer.“). Esto es muy importante para una estimulación inmune adecuada, porque la colocalización espacial de los dos componentes asegura que se genere una respuesta inmune rápida contra el antígeno de interés. Para lograr la entrega codificada, el adyuvante puede encapsularse en el núcleo de la nanopartícula, funcionalizarse en la superficie, o el material de la nanopartícula en sí mismo puede servir como estímulo. Otra ventaja de las vacunas basadas en nanopartículas es la biodisponibilidad mejorada de las cargas útiles. Al encapsular o conjugar el antígeno y el adyuvante a un nanoportador, los materiales pueden protegerse más eficazmente de las interacciones del huésped durante el transporte. Además, la administración de nanopartículas también puede prevenir las toxicidades sistémicas que a menudo se asocian con la administración de adyuvantes en su forma libre. Por lo tanto, al proteger sus cargas útiles del entorno circundante, las nanopartículas pueden proteger simultáneamente al huésped de interacciones biológicas inespecíficas, que pueden causar efectos secundarios no deseados. El rango de tamaño único de las nanopartículas es otro factor que puede permitir una mejor administración de los componentes de la vacuna. Las dimensiones a nanoescala de los nanoportadores permiten un drenaje linfático más eficiente hacia los órganos linfoides donde puede ocurrir la absorción y el procesamiento de antígenos. Las nanopartículas también se pueden diseñar para una entrega eficiente en el citosol celular, el líquido que se encuentra dentro de las células, lo que tiene importantes implicaciones para mejorar el rendimiento de la vacuna. Para las aplicaciones de vacunas contra el cáncer, la administración citosólica eficaz puede beneficiar tanto al antígeno como al adyuvante, lo que conduce a una mejora simultánea de la presentación de antígenos y una mejora de la estimulación inmunológica. Las ventajas de las nanovacunas se han utilizado de manera similar para controlar las infecciones bacterianas. La nanotecnología puede conferir varias ventajas únicas cuando se trata de la ingeniería de formulaciones de vacunas. La manipulación cuidadosa de los parámetros de las nanopartículas y las elecciones de diseño conscientes pueden mejorar significativamente la potencia en comparación con los sistemas tradicionales de administración de vacunas.
Descripción general de la nanotecnología de vacunas. Las nanopartículas ofrecen varias ventajas que pueden ayudar en el diseño de formulaciones de vacunas más efectivas, incluida la capacidad de proteger la bioactividad de las cargas útiles encapsuladas, colocalizar el antígeno y el adyuvante para la entrega unificada a las células inmunitarias y atacar subconjuntos de células específicas mediante la introducción de ligandos de superficie funcionales . Su pequeño tamaño también permite un transporte linfático eficiente, lo que puede facilitar procesos como la presentación de antígenos y conducir a una activación inmunitaria más potente. (Reproducido con permiso de Wiley-VCH Verlag) El diseño de vacunas que utilizan nanotecnología ofrece varias ventajas clave que pueden utilizarse para ayudar a mejorar lo que está disponible actualmente en la clínica. Para mejorar aún más la utilidad de las plataformas a nanoescala, los investigadores han mirado más recientemente hacia la naturaleza en busca de inspiración. Aquí es donde entra la biomimética, es decir, la imitación de los modelos, sistemas y elementos de la naturaleza con el propósito de diseñar tecnología. Una forma en la que el diseño biomimético puede mejorar la utilidad de la tecnología de nanopartículas es permitiendo la administración dirigida mediante el uso de ligandos naturales. Además de las interacciones dirigidas, también se puede utilizar la funcionalización biomimética de nanopartículas para modular la actividad de las dianas biológicas. Esto puede ser particularmente útil para la biodetoxificación, donde las terapias están diseñadas para neutralizar la actividad de moléculas tóxicas que representan una amenaza para la salud humana. Las nanopartículas funcionalizadas con membrana celular natural han demostrado ser útiles para una serie de aplicaciones biomédicas. Por ejemplo, al camuflar las superficies de las nanopartículas con la membrana de los glóbulos rojos, se ha demostrado que el sistema inmunológico reconocerá las nanopartículas resultantes como propias en lugar de extrañas.
Nanopartículas recubiertas de membrana plaquetaria. La membrana plaquetaria se deriva de plaquetas enteras mediante un proceso repetido de congelación-descongelación. Las membranas purificadas se pueden fusionar con un núcleo de nanopartículas, lo que permite una afinidad de orientación natural hacia los patógenos y la vasculatura dañada. (Reimpreso con permiso de Springer Nature) En general, las plataformas de nanopartículas biomiméticas, incluidas las fabricadas con tecnología de revestimiento de membranas celulares, son increíblemente versátiles y tienen un número ilimitado de aplicaciones potenciales. Más recientemente, se han utilizado cada vez más en el diseño de formulaciones de vacunas más eficaces, y el desarrollo a lo largo de estas líneas se discutirá con más detalle en las siguientes secciones.
La aparición de patógenos 'superbacterias' que son resistentes a la mayoría, si no a todos los antibióticos, ha llevado a mayores esfuerzos de investigación para desarrollar estrategias innovadoras centradas en la prevención más que en el tratamiento.
Esta es un área en la que la nanotecnología biomimética puede proporcionar beneficios significativos, y se ha prestado cada vez más atención al uso de vesículas extracelulares y nanotoxoides como vacunas antibacterianas. Ambos sistemas biomiméticos son susceptibles de personalización, donde las formulaciones pueden adaptarse fácilmente para abordar cualquier número de cepas bacterianas individuales o fabricarse a pedido para poblaciones específicas de pacientes.
La terapia contra el cáncer es otra área en la que existe una gran demanda de medicina personalizada. La patogenia del cáncer es extremadamente compleja y la enfermedad es intrínsecamente difícil de tratar dado que las células malignas se derivan de versiones mutadas de las propias células sanas. Con muchos factores causantes de enfermedades involucrados, el cáncer varía mucho de un paciente a otro.
Recientemente, los investigadores han diseñado diferentes plataformas biomiméticas, incluidas nanovesículas derivadas de células, partículas similares a virus, células presentadoras de antígenos artificiales y nanopartículas recubiertas de membranas celulares, para su uso como vacunas contra el cáncer. Muchos de estos tienen el potencial de convertirse en terapias personalizadas que, en última instancia, pueden ayudar a superar la heterogeneidad tumoral.
Los autores concluyen que la vacunación se ha convertido en una opción cada vez más atractiva para el manejo de enfermedades dada su facilidad de uso, amplia aplicabilidad y capacidad para generar protección a largo plazo. Las nanovacunas biomiméticas pueden ser inherentemente multiantigénicas e inmunoestimuladoras, como es el caso de las vesículas de la membrana externa (OMV) y las nanopartículas recubiertas de OMV.
Un enfoque de reciente aparición aprovecha las nanopartículas recubiertas de membranas celulares para neutralizar y administrar toxinas bacterianas para la vacunación antivirulencia. Al vacunar contra las herramientas que los patógenos utilizan para sobrevivir, esta estrategia puede prevenir eficazmente la colonización al tiempo que limita la presión selectiva directa que impulsa la resistencia a los antibióticos.
By Michael Berger – Michael es autor de tres libros de la Royal Society of Chemistry:Nano-sociedad: empujando los límites de la tecnología,
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