Investigadores de la Universidad de Munich y la Universidad Técnica de Munich están desarrollando una nueva forma de inmunoterapia dirigida a activar al sistema inmunitario frente al cáncer que combina estructuras artificiales de ADN y anticuerpos.

La inmunoterapia, que consiste en la activación del sistema inmunitario frente al cáncer, es una de las aproximaciones terapéuticas con mayor proyección en la oncología clínica.

En muchas de estas terapias, el elemento central son los linfocitos T y el objetivo es dirigirlos o reprogramarlos para que eliminen las células tumorales, sin afectar al resto de células normales del organismo.

El equipo de Sebastian Kobold, de la Universidad de Munich, ha diseñado un método que induce, con alta precisión, el reclutamiento de linfocitos frente a las células tumorales. Combinando nanotecnología de ADN y anticuerpos, los investigadores han creado una plataforma con interesantes ventajas para su potencial utilización en la práctica clínica: una estructura modular, adaptable y que proporciona un alto grado de especificidad.

“Creemos que nuestros hallazgos permitirán el ensayo clínico de nanotecnologías de ADN y demostrarán el potencial de las estrategias de ingeniería biomolecular basadas en el origami de ADN para aplicaciones médicas”, concluyen los investigadores del trabajo, publicado en Nature Nanotechnology.

Cómo activar al sistema inmunitario contra el cáncer y desarrollar una inmunoterapia con origami de ADN y anticuerpos

La pieza central de la estrategia del equipo de Kobold es una nanoestructura artificial de ADN sobre la que se pueden unir de forma específica diferentes anticuerpos.

La creación de este tipo de construcciones de ADN, lo que se conoce como origami o papiroflexia de ADN, deriva de la capacidad natural de esta molécula para plegarse y formar estructuras específicas.

El equipo diseñó un chasis nanoscópico en el que se pueden acoplar diferentes anticuerpos en cuatro posiciones. En uno de los extremos se incluyeron anticuerpos que se unen de forma específica a ciertos tipos de células tumorales. En el otro extremo, los investigadores colocaron anticuerpos que se unen a los linfocitos T y activan su respuesta, como por ejemplo CD3.

Los investigadores produjeron estructuras con 105 combinaciones de anticuerpos y evaluaron cuáles de ellas eran capaces de reclutar y activar los linfocitos T hacia las células diana de interés. A estas, que funcionan en esencia como como anticuerpos biespecíficos o multiespecíficos artificiales, las denominaron “captadores programables de linfocitos T” (PTE en sus siglas en inglés).

Los investigadores han evaluado la efectividad de los PTEs tanto in vitro, en diferentes tipos de células, como in vivo, en modelos de ratón. En ambos casos, las nanoestructuras reconocen las células tumorales diana e inducen su eliminación. En cultivo, por ejemplo, los investigadores han estimado que más del 90% de las células son destruidas en 24 horas tras el tratamiento con los PTEs. In vivo, en condiciones fisiológicas, los PETs se distribuyen de forma adecuada en el organismo y reducen el crecimiento tumoral.

Aplicaciones en cáncer

Los resultados obtenidos apuntan a los PETs como interesantes herramientas para el desarrollo de inmunoterapias.

La mayor ventaja del sistema es que es posible utilizar múltiples combinaciones de anticuerpos y por tanto crear diferentes PTEs adaptados al tipo de célula diana. “Este enfoque nos permite producir todo tipo de PTEs diferentes y adaptarlas para optimizar sus efectos”, destaca Adrian Gottschlich, investigador de la Universidad de Munich y uno de los autores del estudio. “En teoría son posibles infinitas combinaciones, lo que convierte a los PTEs en una plataforma muy prometedora para tratar el cáncer”.

Además, al poder combinar múltiples anticuerpos (dirigidos a diferentes copias del mismo antígeno o a diferentes antígenos) los PTEs permiten actuar sobre las células diana con alta especificidad. Este sistema permitiría discriminar mejor entre las células tumorales y las células sanas.

En paralelo, los investigadores señalan que la activación de los linfocitos podría mejorarse utilizando combinaciones de anticuerpos dirigidos a diferentes rutas de señalización.

Referencia

Wagenbauer KF, Pham N, Gottschlich A,  Kick B, Kozina V, Frank Ch, et al. Programmable multispecific DNA-origami-based T-cell engagers. Nat Nanotechnol. 2023. https://doi.org/10.1038/s41565-023-01471-7

https://www.nature.com/articles/s41565-023-01471-7

11/0/2023

(Genotipia.com) Fuente: Genética Médica-Noticias Investigación   Copyright 2023 © Genotipia

Un equipo liderado por investigadores de la Universidad de Nagoya, en Japón, ha desarrollado una nueva técnica para aislar y detectar el ADN libre proveniente de tumores cerebrales en muestras de orina. Su trabajo, publicado el pasado mes de julio en la revista Biosensors and Bioelectronics supone una importante mejora para el diagnóstico de este tipo de cáncer.

ADN tumoral orina

Una técnica basada en nanofilamentos detecta ADN procedente de tumores cerebrales en muestras de orina. Imagen: Getty Images, vía Canva.

Los tumores cerebrales son un tipo de cáncer que afecta al tejido que rodea al cerebro y al propio tejido cerebral. Por lo general, estos tumores se detectan demasiado tarde, cuando ya existen síntomas, como dolor intenso, convulsiones e incluso parálisis. Diagnosticar los tumores cerebrales de forma temprana puede mejorar significativamente la supervivencia de los pacientes, motivo por el que diferentes grupos de investigadores están trabajando en mejorar las técnicas de detección de este tipo de cáncer.

Es el caso del equipo de la Universidad de Nagoya, que, en colaboración con otros centros e instituciones japonesas, ha desarrollado un método basado en nanoestructuras para el aislamiento y la detección de ADN libre tumoral. Gracias a este sistema de detección, los investigadores han podido detectar mutaciones relacionadas con el desarrollo del glioma a partir de muestras de orina.

Nanofilamentos para detectar el ADN libre tumoral

La detección del ADN libre tumoral en biopsias líquidas (sangre, orina, etc) es una herramienta muy útil para el diagnóstico y la monitorización de diferentes tipos de tumores. En el caso de muestras de sangre, existen múltiples estrategias para detectar el ADN que las células tumorales liberan tras su muerte, algunas de ellas aprobadas por la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos.  Sin embargo, esto no es tan sencillo para las muestras de orina. “La falta de técnicas para aislar el ADN libre de forma eficiente en la orina es una gran limitación, ya que el ADN libre puede ser pequeño y encontrarse fragmentado y en bajas concentraciones”, explica el Dr. Takao Yasui, autor del estudio e investigador en el Departamento de Ingeniería Biomolecular de la Universidad de Nagoya.

Para solventar esta limitación, el equipo ha desarrollado un método para aislar el ADN libre tumoral en muestras de orina. La técnica está basada en la acción de unas nanoestructuras filamentosas de óxido de zinc (ZnO). Al estar formadas por este compuesto, los nanofilamentos son capaces de formar fácilmente enlaces de hidrógeno con las moléculas de ADN libre tumoral. Además, el ADN libre tumoral se puede separar fácilmente de las nanoestructuras con un lavado posterior, lo que facilita enormemente su aislamiento.

Una técnica eficaz para tipificar tumores cerebrales

Los investigadores comprobaron la eficacia del nuevo método en muestras de orina de 12 pacientes con tumores cerebrales malignos. Posteriormente, analizaron los fragmentos aislados en busca de mutaciones con utilidad para la tipificación del tumor. Los resultados demostraron que la utilización de nanofilamentos para aislar el ADN libre tumoral en muestras de orina sirve para detectar alteraciones genéticas asociadas a los diferentes tipos de tumores cerebrales.

“En experimentos previos ya mostramos que nuestros nanofilamentos pueden capturar vesículas extracelulares cancerosas, que también encontramos en este caso”, explica el Dr. Yasui. “La sorpresa fue que capturamos ADN libre tumoral utilizando un método similar”, añade.

Entre las alteraciones encontradas tras el análisis, el equipo identificó alteraciones en IDH1. Este tipo de alteraciones está estrechamente relacionado con el desarrollo de ciertos tipos de gliomas y pueden ser de utilidad de cara a determinar el subtipo tumoral. “Esto es emocionante, porque es la primera vez que se detectan mutaciones en IDH1 a partir de una muestra de orina tan pequeña como 0,5 ml” explica el Dr. Yasui.

El reciente estudio supone una importante mejora en los métodos de detección y aislamiento del ADN libre tumoral, a la vez que provee de nuevas herramientas para el diagnóstico y la clasificación de los tumores cerebrales. “Aunque nosotros hemos probado con gliomas, este método abre nuevas posibilidades para la detección de mutaciones tumorales. Si conocemos el tipo de mutación que debemos buscar, podemos aplicar fácilmente nuestra técnica para detectar otros tipos de tumores, especialmente la detección de aquellos que no pueden ser aislados por métodos convencionales”, explica el Dr. Takao Yasui.

Artículo original: Takahashi H, et al. Mutation detection of urinary cell-free DNA via catch-and-release isolation on nanowires for liquid biopsy. Biosens Bioelectron. 2023 Aug 15;234:115318. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.bios.2023.115318

Fuente: Urine tests identify brain tumors by capturing cancer DNA using nanowires. Nagoya University. https://www.nagoya-u.ac.jp/researchinfo/result-en/2023/07/20130612-01.html

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Investigadores de la Universidad de Berlín han identificado un marcador epigenético en el gen POMC relacionado con el riesgo elevado a tener sobrepeso en mujeres que abre una posibilidad terapéutica para algunos pacientes con obesidad. Read more

Investigadores españoles del grupo de Epigenética del Cáncer y Nanomedicina, el cual se encuentra en el Instituto de Investigación Sanitaria del Principado de Asturias (ISPA) y vinculado al CINN-CSIC, IUOPA y el CIBERER, han llevado a cabo un estudio, publicado por Molecular Oncology, en el que se identifican distintas proteínas cuyo papel podría ser fundamental en el avance del glioblastoma multiforme, en concreto, en el agresivo subtipo mesenquimal.

Los autores recuerdan que recientemente, se han comenzado a aplicar tecnologías ómicas que permiten estudiar desde una perspectiva global y con un alto grado de detalle las diferencias intrínsecas existentes entre pacientes que tienen el mismo tipo de tumor, lo que en el caso del glioblastoma ha permitido diagnosticar a pacientes en distintos subtipos, proneural, mesenquimal y clásico, los cuales exhiben un distinto comportamiento y agresividad en su avance. Así, por medio de este estudio se ha buscado realizar un enfoque integrativo, donde investigar las diferencias que existen entre los distintos subtipos tumorales analizando las distintas capas de complejidad de la información celular, como son los patrones de metilación del ADN y de expresión génica. Este enfoque ha permitido encontrar cómo distintas proteínas parecen tener un papel importante en el desarrollo del subtipo mesenquimal, por lo que podrían ser utilizadas como dianas terapéuticas en tratamientos personalizados.
En concreto, mediante el estudio de la metilación del ADN, los investigadores buscan «huellas» o «trazos» entre los distintos subtipos que les permitan identificar qué proteínas puedan estar activando rutas de señalización indispensables para el crecimiento tumoral. La metodología utilizada en este estudio puede ser aplicada a distintas enfermedades de las cuales no se conozca su etiología o cómo se encuentran dirigidas. De este modo, esto abre la puerta para estudiar en más detalle no sólo la segregación de los tumores en distintos subtipos, mejorando así el manejo de la enfermedad, sino la búsqueda de potenciales dianas terapéuticas que permita diseñar un tratamiento más eficaz.

Referencia

Santamarina-Ojeda P, Tejedor JR, Pérez RF, et al. Mol Oncol. 2023 Jun 26. doi: 10.1002/1878-0261.13479.

Neurología.com

Las técnicas de secuenciación de próxima generación (NGS) han logrado captar la presencia de ADN bacteriano en muestras quirúrgicas de artritis de cadera y rodilla en pacientes que se sometieron a una artroplastia total de articulación, según un estudio dirigido por el Dr. Javad Parvizi, del Instituto Ortopédico Rothman de la Universidad Thomas Jefferson (EEUU). La infección es una de las principales causas de insuficiencia articular en pacientes que se someten a una artroplastia articular total, aunque en muchos casos no se identifica una causa bacteriana específica.

En los últimos años, se ha generado una amplia investigación que examina el efecto de los microbiomas en la salud y las enfermedades humanas. Las potentes técnicas de NGS permiten a los investigadores encontrar evidencia de ADN bacteriano que, de otro modo, pasaría desapercibido.

Los recientes hallazgos, publicados en ´The Journal of Bone y Cirugía Articular´, se suman a un creciente cuerpo de evidencia que indica que las articulaciones nativas albergan microbios, como parte de un microbioma, aunque aún se desconoce la relevancia clínica de este descubrimiento, así como el mecanismo de colonización microbiana.

En dicho estudio, el Dr. Parvizi y su equipo obtuvieron muestras intraoperatorias de líquido sinovial, especímenes de tejido profundo e hisopos intramedulares de la cadera o la rodilla operadas de 117 pacientes que se sometieron a una artroplastia de cadera o rodilla por primera vez. Las muestras se recolectaron con estricta atención a la técnica estéril para minimizar el riesgo de contaminación bacteriana.

Cinco tipos de bacterias

A continuación, los investigadores utilizaron una plataforma NGS para analizar los tipos y la diversidad del ADN microbiano en cada muestra. El análisis de más de 800.000 «lecturas» de ADN condujo a la identificación de 361 especies diferentes de bacterias. En general, se encontró ADN bacteriano en muestras de 113 de 117 pacientes con osteoartritis de cadera o rodilla.

Los cinco tipos de bacterias más frecuentes fueron Escherichia, Cutibacterium, Staphylococcus, Acinetobacter y Pseudomonas, todos microbios comunes que causan infecciones . Los hallazgos fueron generalmente similares para los tres tipos de muestras, aunque los hisopos intramedulares mostraron una diversidad bacteriana ligeramente mayor que las muestras de líquido sinovial o tejido profundo.

Se encontró que los hallazgos del microbioma no estaban relacionados con una amplia gama de factores relacionados con el paciente, como la edad, el sexo, la raza y la comorbilidad. Sin embargo, el hospital en el que se realizó la artroplastia demostró ser un factor significativo, explicando el 18,5 % de la variación en una medida de diversidad bacteriana. Este hallazgo podría reflejar diferencias en los tipos de bacterias que se encuentran en ambientes hospitalarios o una posible contaminación intraoperatoria.

Otro factor a tener en cuenta fue el historial de inyecciones de corticosteroides, un tratamiento común para la osteoartritis de cadera y rodilla. Los resultados mostraron «abundancias diferenciales» de bacterias en pacientes con inyecciones de corticosteroides en los últimos seis meses, lo que nuevamente aumenta la posibilidad de contaminación. Sin embargo, los investigadores señalaron, al respecto, que «las especies más comunes observadas en este estudio no se encontraban entre las más comunes en estudios previos del microbioma de la piel, lo que sugiere que los perfiles microbianos detectados probablemente no se explican únicamente por la contaminación de la piel».

Este estudio se suma a un creciente cuerpo de evidencia de que las articulaciones nativas, tradicionalmente asumidas como estériles y libres de bacterias, están de alguna manera expuestas a los microbios. Los investigadores enfatizan la necesidad de realizar más estudios para evaluar la relación entre el hospital donde se trata a los pacientes y las bacterias detectadas en «entornos de microbiomas cerrados», como las articulaciones de la rodilla y la cadera.

«Estos hallazgos contribuyen a establecer la señal microbiana de referencia e identificar las variables contribuyentes en la articulación osteoartrítica, lo que será valioso como comparación en los contextos de infección y el éxito de la artroplastia a largo plazo», concluyen el Dr. Parvizi y sus coautores.

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El aprendizaje automático es una rama de la IA por la que los sistemas informáticos mejoran y aprenden continuamente en función de los datos y la experiencia, algo que los biólogos están utilizando para investigar las funciones centrales de los genes.

En este sentido, investigadores de la Universidad de California en San Diego (EEUU) que investigan las secuencias de ADN que activan los genes usaron inteligencia artificial para identificar una enigmática pieza del rompecabezas relacionada con la activación de genes. Este es un proceso fundamental involucrado en el crecimiento, el desarrollo y la enfermedad. Mediante aprendizaje automático, el profesor de la Facultad de Ciencias Biológicas James T. Kadonaga y su equipo descubrieron la región promotora del núcleo (DPR) aguas abajo , un código de activación de ADN de «puerta de enlace» que está involucrado en la operación de hasta un tercio de nuestros genes.

A partir de este descubrimiento, el prof.Kadonaga y los investigadores Long Vongoc y Torrey E. Rhyne han utilizado, recientemente, el aprendizaje automático para identificar secuencias de ADN «extremas sintéticas» con funciones diseñadas específicamente en la activación de genes, tal como publican en la revista ´Genes & Development´.

Los investigadores probaron millones de diferentes secuencias de ADN a través del aprendizaje automático (IA) comparando el elemento de activación del gen DPR en humanos versus moscas de la fruta ( Drosophila ). Al usar IA, pudieron encontrar secuencias DPR raras y personalizadas que están activas en humanos pero no en moscas de la fruta y viceversa. De manera más general, este enfoque ahora podría usarse para identificar secuencias de ADN sintético con actividades que podrían ser útiles en biotecnología y medicina.

«Hemos demostrado el uso de IA para el diseño de elementos de ADN personalizados en la activación de genes. Hay innumerables aplicaciones prácticas de este enfoque basado en IA. Las secuencias de ADN extremas sintéticas pueden ser muy raras, tal vez una en un millón; si existen, podrían encontrarse mediante el uso de IA. Este método debería tener aplicaciones prácticas en biotecnología e investigación biomédica», concluyó el prof. Kadonaga.

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