Una nanoestructura similar a un gusano y las EVs derivadas de protrusiones mejoran la administración de genes y proteínas
Una nanoestructura similar a un gusano utiliza el intercambiador de iones ClC3 para la salida endosómica; las vesículas extracelulares derivadas de protrusiones administran proteínas y enzimas de edición genómica de forma más eficiente que las EVs derivadas de endosomas. Ambos enfoques evitan los vectores virales.
Los investigadores han desarrollado una nanoestructura de ácidos nucleicos similar a un gusano para la administración eficiente de genes y la salida de endosomas, y por separado descubrieron que las vesículas extracelulares generadas a partir de protrusiones de la superficie celular administran proteínas activas y enzimas de edición genómica de forma mucho más eficiente que las vesículas convencionales derivadas de endosomas. Ambos enfoques abordan el desafío de la salida endosómica, un cuello de botella clave en la administración no viral de genes y proteínas.
Las nanopartículas son portadores de genes establecidos con baja inmunogenicidad en comparación con los vectores virales, pero su salida endosómica sigue siendo ineficiente. Desde 2019, solo hay 14 de más de 38 000 artículos de investigación que informan un coeficiente de correlación <0,2 entre el complejo NP-gen y los endolisosomas. Los dos portadores de genes más utilizados para la salida endosómica son las nanopartículas catiónicas y las nanopartículas lipídicas. Las nanopartículas catiónicas escapan de los endosomas mediante el 'efecto esponja de protones', pero la carga positiva a menudo induce citotoxicidad. Las nanopartículas lipídicas escapan mediante la 'desestabilización de la membrana', pero la selección de lípidos puede ser difícil y los lípidos pueden inducir daño de membrana e inflamación.
Las nanoestructuras de ácidos nucleicos, incluidos el ácido nucleico esférico, el origami, las nanoestructuras basadas en teselas y los nanogeles de ácidos nucleicos, ofrecen una alternativa prometedora con biocompatibilidad, captación celular sin transfección y citotoxicidad e inmunogenicidad mitigadas, pero su salida endosómica es ineficiente y a menudo requiere grupos catiónicos, péptidos que penetran en las células o estímulos mecánicos. La nueva nanoestructura adsorbe ácidos nucleicos terapéuticos sobre la superficie de una plantilla estructural hecha de un nanoworm híbrido de núcleo de oro y cubierta de polidopamina (Au@PDA NW). La nanoestructura en su conjunto es aniónica, entra en las células sin agentes de transfección y escapa de los endosomas con un coeficiente de correlación de Pearson <0,2 en cuatro tipos celulares, todo ello sin grupos funcionales catiónicos/lipídicos ni estímulos mecánicos. Activa de forma natural el intercambiador de iones ClC3 (canal de cloruro dependiente de voltaje 3), que media la acumulación vesicular de H+ y Cl- y la salida endosómica.
La nanoestructura permitió la polarización de macrófagos mediada por miRNA y la diferenciación de células estromales mediada por siRNA in vitro, la terapia celular basada en mRNA ex vivo para reducir la fibrosis renal y la administración de mRNA in vivo a hepatocitos para tratar lesiones hepáticas, superando a Lipofectamine en la salida endosómica y la eficacia.
En un estudio publicado en Nature Communications el 8 de diciembre de 2025, investigadores de Japón compararon las dos principales vías de biogénesis de vesículas extracelulares. Las vesículas extracelulares son pequeñas partículas unidas a membranas que liberan las células para transportar proteínas y otras moléculas a las células vecinas. Pueden originarse a partir de compartimentos endosómicos intracelulares o directamente de protrusiones especializadas en la superficie celular. El equipo descubrió que las EVs generadas a partir de protrusiones de la superficie celular de manera dependiente de la proteína I-BAR (MIM) administran proteínas activas y enzimas de edición genómica de forma mucho más eficiente que las EVs convencionales derivadas de endosomas asociadas a CD63.
Los investigadores cultivaron células humanas y aislaron tanto EVs derivadas de protrusiones como EVs derivadas de endosomas, las cargaron con una carga proteica definida y las añadieron a células receptoras. Mediante imágenes de células vivas y superresolución, rastrearon la captación de EVs, el tráfico a través de los compartimentos endosómicos y la liberación de la carga en el citoplasma. Descubrieron que Rac1, una proteína que regula la migración celular, administrada por EVs derivadas de protrusiones escapaba eficientemente de los endosomas tardíos al citoplasma, permanecía activa y estimulaba el movimiento celular. El equipo también demostró que las EVs derivadas de protrusiones transportaban Cas12f, una enzima de edición genómica compacta, con una eficiencia funcional por proteína drásticamente mayor que las EVs convencionales derivadas de endosomas, sin el uso de vectores virales ni proteínas fusogénicas virales.
«Nuestros hallazgos muestran que las células ya podrían poseer un mecanismo de administración notablemente eficaz y libre de virus», afirmó el investigador principal, y añadió que aprovechar este sistema natural podría conducir a estrategias más seguras y precisas para la edición genómica, la medicina regenerativa y las terapias basadas en proteínas. El estudio sienta las bases para tecnologías de administración de próxima generación que aprovechan la maquinaria molecular de la propia célula en lugar de componentes virales modificados.