Un grup de recerca del Centre Nacional d’Investigacions Oncològiques (CNIO) ha desenvolupat dos tipus de nanopartícules formades per proteïnes que, en un futur, podrien emprar-se per transportar medicaments a través de l’organisme o com a “andami” per a vacunes. El procediment de disseny permet obtenir estructures extremadament definides i, a més, està pensat per facilitar-ne la fabricació a escala industrial.
L’estudi, dirigit per l’equip de Roger Castells-Graells al CNIO, ha estat destacat a la portada del 'Journal of the American Chemical Society' (JACS). Aquestes nanopartícules, també anomenades “nanocaxes”, tenen al voltant de 15 nanòmetres de diàmetre; per fer-nos-en una idea, en caldrien aproximadament 5.000 d’alineades per assolir el gruix d’un sol pèl humà.
“Poden servir tant per al transport de fàrmacs com d’andami per a vacunes, per exemple”, ha indicat Castells-Graells en parlar de les possibles aplicacions. En aquest darrer cas, ha explicat que la nanoestructura actua com a suport sobre el qual es col·loquen molècules encarregades d’avisar de la presència d’agents perillosos, ja siguin virus o cèl·lules tumorals; aquests antígens queden així exposats al sistema immunitari, que els identifica i desencadena una resposta defensiva.
No obstant això, el investigador ha recalcat que aquestes aplicacions encara són llunyanes, ja que les estructures obtingudes s’han de sotmetre a més assajos experimentals abans de plantejar-ne el seu ús real.
Des del CNIO destaquen la complexitat del procés de construcció. No només cal escollir les peces adequades i determinar com es connecten entre si, sinó que, a més, l’arquitectura final només es pot observar amb microscopi electrònic i no és possible manipular físicament els components. De fet, aquestes nanopartícules s’autoensamblen sense intervenció directa.
Comprendre com encaixen les peces i fins a quin punt es poden doblegar les seves unions resulta clau, perquè una lleugera desviació és suficient per deformar l’estructura o impedir que es tanqui correctament. Per afrontar aquest repte, l’equip ha recorregut a eines d’intel·ligència artificial, de manera que en aquestes noves nanopartícules 12 peces dobles acaben unint-se fins a formar l’armazó complet.
"Aquestes fusions són una mica complicades perquè necessitem que encaixi perfectament l’inici i el final de cadascuna d’elles", ha assenyalat Castells-Graells, que ha detallat que van fer aquesta fusió "a través d’una hèlix flexible" i, després, van utilitzar "eines d’intel·ligència artificial per fer que aquest muntatge funcioni amb flexibilitat".
Un únic component per facilitar la producció
La principal innovació d’aquestes nanopartícules proteiques és que el seu disseny parteix d’un sol component, cosa especialment avantatjosa si en el futur es vol escalar la producció. "Si ho volem traslladar a la indústria farmacèutica o biotecnològica, tenir moltes peces separades pot complicar la producció, perquè a vegades una es produeix millor que una altra", ha subratllat el científic.
Per aconseguir-ho, l’equip va triar proteïnes amb estructura coneguda disponibles al Protein Data Bank (PDB), el gran repositori internacional d’estructures tridimensionals de molècules biològiques. A partir d’aquestes dades, van calcular el grau de flexió que podien suportar les unions, basant-se en les curvatures observades en proteïnes naturals.
Posteriorment, van recórrer a l’eina d’aprenentatge automàtic 'ProteinMPNN' per seleccionar els aminoàcids —les unitats que componen les proteïnes— més adequats per estabilitzar les connexions i mantenir la forma desitjada.
Partint de 15 dissenys inicials, els investigadors van generar 45 variants, que van avaluar al laboratori. Van produir les proteïnes en bacteris, les van purificar i finalment van escollir tres variants, corresponents a dues noves nanopartícules, per analitzar amb més detall la seva arquitectura.
Mitjançant criomicroscòpia electrònica d’alta resolució (cryo-EM), van reconstruir la forma de les nanocaixes i van observar amb precisió atòmica com s’organitzaven les diferents peces. A més, van comprovar que les unions presentaven una curvatura molt propera a la prevista en els càlculs, cosa que valida el mètode de disseny emprat i permet detectar amb claredat les zones on es produeixen desviacions.