La trampa para virus
Los nanoobjetos huecos hechos de ADN podrían atrapar los virus y hacerlos inofensivos
Hasta la fecha, no existen antídotos eficaces contra la mayoría de las infecciones víricas. Un equipo de investigación interdisciplinar de la Universidad Técnica de Múnich (TUM) ha desarrollado ahora un nuevo enfoque: engullen y neutralizan los virus con nanocápsulas hechas a medida a partir de material genético mediante el método del origami de ADN. La estrategia ya se ha probado contra los virus de la hepatitis y los adenoasociados en cultivos celulares. Es posible que también tenga éxito contra los virus de la corona.
Revestidas en su interior con moléculas de unión a virus, las nanocáscaras hechas de material de ADN unen fuertemente a los virus y los vuelven inofensivos.
Elena-Marie Willner / DietzLab / TUM
Existen antibióticos contra las bacterias peligrosas, pero pocos antídotos para tratar las infecciones virales agudas. Algunas infecciones pueden prevenirse mediante la vacunación, pero el desarrollo de nuevas vacunas es un proceso largo y laborioso.
Ahora, un equipo de investigación interdisciplinar de la Universidad Técnica de Múnich, el Helmholtz Zentrum München y la Universidad de Brandeis (EE.UU.) propone una estrategia novedosa para el tratamiento de las infecciones víricas agudas: El equipo ha desarrollado nanoestructuras hechas de ADN, la sustancia que compone nuestro material genético, que pueden atrapar los virus y hacerlos inofensivos.
Nanoestructuras de ADN
Incluso antes de que la nueva variante del virus de la corona pusiera al mundo en jaque, Hendrik Dietz, catedrático de Nanotecnología Biomolecular del Departamento de Física de la Universidad Técnica de Múnich, y su equipo trabajaban en la construcción de objetos del tamaño de un virus que se ensamblan solos.
En 1962, el biólogo Donald Caspar y el biofísico Aaron Klug descubrieron los principios geométricos según los cuales se construyen las envolturas proteicas de los virus. Basándose en estas especificaciones geométricas, el equipo en torno a Hendrik Dietz de la Universidad Técnica de Múnich, con el apoyo de Seth Fraden y Michael Hagan de la Universidad de Brandeis (EE.UU.), desarrolló un concepto que permitía producir cuerpos huecos artificiales del tamaño de un virus.
En el verano de 2019, el equipo se preguntó si esos cuerpos huecos podrían utilizarse también como una especie de "trampa para virus". Si estuvieran revestidos con moléculas de unión a virus en su interior, deberían ser capaces de unir los virus fuertemente y así poder sacarlos de la circulación. Para ello, sin embargo, los cuerpos huecos también tendrían que tener aberturas lo suficientemente grandes como para que los virus puedan entrar en las cáscaras.
"Ninguno de los objetos que habíamos construido con la tecnología del origami de ADN en aquel momento habría podido engullir un virus entero, simplemente eran demasiado pequeños", dice Hendrik Dietz en retrospectiva. "Construir cuerpos huecos estables de este tamaño era un reto enorme".
El kit para una trampa de virus
Partiendo de la forma geométrica básica del icosaedro, un objeto formado por 20 superficies triangulares, el equipo decidió construir los cuerpos huecos para la trampa de virus a partir de placas triangulares tridimensionales.
Para que las placas de ADN se ensamblen en estructuras geométricas más grandes, los bordes deben estar ligeramente biselados. La correcta elección y colocación de los puntos de unión en los bordes garantiza que las placas se autoensamblen en los objetos deseados.
"De este modo, ahora podemos programar la forma y el tamaño de los objetos deseados utilizando la forma exacta de las placas triangulares", afirma Hendrik Dietz. "Ahora podemos producir objetos con hasta 180 subunidades y lograr rendimientos de hasta el 95%". Sin embargo, el camino fue bastante accidentado, con muchas iteraciones".
Los virus se bloquean de forma fiable
Variando los puntos de unión en los bordes de los triángulos, los científicos del equipo no sólo pueden crear esferas huecas cerradas, sino también esferas con aberturas o medias cáscaras. Éstas pueden utilizarse como trampas para virus.
En colaboración con el equipo de la profesora Ulrike Protzer, jefa del Instituto de Virología de la TUM y directora del Instituto de Virología del Helmholtz Zentrum München, el equipo probó las trampas de virus con virus adeno-asociados y núcleos de virus de la hepatitis B.
"Incluso una simple media concha del tamaño adecuado muestra una reducción medible de la actividad del virus", dice Hendrik Dietz. "Si ponemos cinco sitios de unión para el virus en el interior, por ejemplo anticuerpos adecuados, ya podemos bloquear el virus en un 80 por ciento, si incorporamos más, logramos el bloqueo completo".
Para evitar que las partículas de ADN se degradaran inmediatamente en los fluidos corporales, el equipo irradió los bloques de construcción terminados con luz ultravioleta y trató el exterior con polietilenglicol y oligolisina. De este modo, las partículas se mantuvieron estables en el suero de los ratones durante 24 horas.
Un principio de construcción universal
Ahora el siguiente paso es probar los bloques de construcción en ratones vivos. "Estamos muy seguros de que este material también será bien tolerado por el cuerpo humano", afirma Dietz.
"Las bacterias tienen un metabolismo. Podemos atacarlas de diferentes maneras", dice la profesora Ulrike Protzer. "Los virus, en cambio, no tienen su propio metabolismo, por lo que los medicamentos antivirales casi siempre se dirigen contra una enzima específica de un solo virus. Este desarrollo lleva tiempo. Si la idea de eliminar simplemente los virus de forma mecánica puede llevarse a cabo, sería ampliamente aplicable y, por tanto, un avance importante, especialmente para los nuevos virus emergentes.
Los materiales de partida para las trampas de virus pueden producirse en masa de forma biotecnológica a un coste razonable. "Además de la aplicación propuesta como trampa de virus, nuestro sistema programable también crea otras oportunidades", dice Hendrik Dietz. "También sería concebible utilizarlo como portador de antígenos multivalentes para vacunas, como portador de ADN o ARN para terapia génica o como vehículo de transporte de fármacos".
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Publicación original
Christian Sigl, Elena M. Willner, Wouter Engelen, Jessica A. Kretzmann, Ken Sachenbacher, Anna Liedl, Fenna Kolbe, Florian Wilsch, S. Ali Aghvami, Ulrike Protzer, Michael F. Hagan, Seth Fraden and Hendrik Dietz ; "Programmable icosahedral shell system for virus trapping"; Nature Materials; 14. Juni 2021
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