la consegna di proteine ​​sane direttamente nelle cellule umane per sostituire le proteine ​​malfunzionanti è considerata uno degli approcci più diretti e sicuri per il trattamento delle malattie. Ma la sua efficacia è stata limitata dalla bassa efficienza di consegna e dalla scarsa stabilità delle proteine, che vengono frequentemente scomposti e digeriti dagli enzimi proteasi delle cellule prima che raggiungano il bersaglio previsto.

In quello che potrebbe segnalare un importante progresso nelle terapie proteiche, i ricercatori della Henry Samueli School of Engineering and Applied Science della UCLA hanno sviluppato una nuova piattaforma di somministrazione intracellulare che utilizza nanocapsule costituite da un nucleo monoproteico con un sottile guscio polimerico che può essere progettato per degradarsi o rimanere stabile in base all'ambiente cellulare .

La loro ricerca appare il 29 dicembre nell'edizione di gennaio 2010 della rivista Nanotecnologia della natura ed è attualmente disponibile online.

"Per le proteine ​​in generale, è molto difficile attraversare la membrana cellulare. La proteasi di solito lo digerisce, rendere la stabilità un problema, ", ha affermato l'autore principale dello studio Yunfeng Lu, un professore UCLA di ingegneria chimica e biomolecolare. "Qui, siamo stati in grado di utilizzare questa nuova tecnologia per stabilizzare la proteina, rendendo molto facile l'attraversamento della membrana cellulare, permettendo alla proteina di funzionare correttamente una volta all'interno della cellula. Questo è uno dei nostri più grandi successi".

Le nanocapsule sono contenitori submicroscopici composti da un nucleo oleoso o acquoso - in questo caso una singola proteina - circondato da un sottile, membrana polimerica permeabile di spessore compreso tra diverse decine di nanometri. Le membrane delle nanocapsule utilizzate nel nuovo metodo di somministrazione dell'UCLA possono degradarsi o rimanere intatte a seconda delle dimensioni dei substrati molecolari con cui la loro proteina incorporata deve interagire.

Le nanocapsule non degradabili sono più stabili, e piccoli substrati molecolari possono diffondersi facilmente alla proteina incorporata all'interno. La pelle non degradabile della capsula nel frattempo protegge il carico dagli attacchi di proteasi e stabilizza la proteina da altri fattori, come temperature e livelli di pH variabili.

Però, una pelle non degradabile può anche impedire a substrati di peso molecolare maggiore di raggiungere la proteina incorporata. Affinché la proteina possa interagire con un ampio substrato, può essere utilizzata anche una pelle degradabile.

Quando la nanocapsula proteica viene assorbita dalla cellula, inizialmente rimarrà all'interno dell'endosoma. Gli endosomi hanno generalmente livelli di pH inferiori rispetto all'ambiente cellulare esterno; il pH più basso innesca la degradazione dello strato di pelle polimerica, rilasciando il carico proteico a livello intracellulare.

Il gruppo di ricerca, guidato dal coautore dello studio Yi Tang, un professore UCLA di ingegneria chimica e biomolecolare, ha inoltre dimostrato che tali strati cutanei possono essere degradati anche incorporando componenti sensibili alle proteasi. Questo approccio consentirà anche una consegna più mirata delle proteine.

Il nuovo studio ha dimostrato che più proteine ​​possono ora essere consegnate alle cellule con alta efficienza e attività ma bassa tossicità, consentendo potenziali applicazioni nelle terapie proteiche, vaccini, imaging cellulare, monitoraggio del tumore, terapie per il cancro e persino cosmetici.

"Coprire il carico proteico con un involucro polimerico fornisce una maggiore stabilità in circolazione, dove ci sono molte proteasi per degradare la proteina nuda, " ha detto Lily Wu, professore di farmacologia medica e molecolare presso la David Geffen School of Medicine dell'UCLA e autore dello studio. "Questo sarà chiaramente vantaggioso per migliorare l'efficacia della consegna.

"Ulteriore, la capacità di trasportare il carico intracellulare e di controllare il rilascio del carico proteico in base al pH o ad altri parametri ambientali è molto importante, " ha detto. "Migliorare la sicurezza, l'efficienza e la consegna mirata del carico utile proteico è il Santo Graal della medicina moderna. Questa nuova tecnologia promette bene sotto tutti questi aspetti ed è per questo che è così eccitante per me".

"Proprio adesso, molte proteine ​​terapeutiche disponibili agiscono solo al di fuori della cellula perché è stato difficile fornire le proteine ​​all'interno della cellula, " disse Tatiana Segura, un professore UCLA di ingegneria chimica e biomolecolare e coautore dello studio.

Il team spera che la nuova tecnologia serva da piattaforma di consegna per qualsiasi tipo di proteina o farmaco proteico. Sebbene lo studio, quando originariamente presentato, descritto l'uso della tecnologia con cinque diverse proteine, in poco tempo da allora, il team si è esteso a più di due dozzine di proteine ​​diverse.

"Penso che il prossimo passo importante sia applicare questa tecnologia in modo pertinente, modello preclinico di malattia, " Wu ha detto. "Sulla base dei risultati promettenti di una migliore efficienza di consegna nelle cellule, Prevedo una migliore efficacia anche nei modelli animali preclinici.

"A lungo termine, la speranza è quella di sviluppare nuove tecnologie che possano fare la differenza nella vita dei pazienti, " ha detto. "Mi sento estremamente fortunata a poter collaborare con questo gruppo d'elite di ingegneri chimici su questo entusiasmante progetto".