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El ordenamiento meticuloso de las proteínas existentes en la superficie del SARS-CoV-2 asegura una alta eficiencia en la interacción con los receptores blanco en las células humanas, según afirman los investigadores.
Determinadas características estructurales que dotan al coronavirus SARS-CoV-2 de gran eficiencia para interactuar con sus receptores blanco en las células humanas y desencadenar el COVID-19, podrían inspirar el diseño de nanopartículas sintéticas capaces de transportar y liberar medicamentos con un mejor control, que podrían aplicarse así en el tratamiento de tumores, infecciones e inflamaciones.
Esta fue la sugerencia de científicos del Centro Nacional de Investigaciones en Energía y Materiais (CNPEM) en un artículo publicado como destacado en la revista Nano Today.
Este trabajo, basado en estudios de correlación, cuenta con el apoyo de la FAPESP – Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de São Paulo.
“El SARS-CoV-2 es una nanopartícula sumamente eficiente en la interacción con sus receptores blanco y puede servir de modelo para el desarrollo de nanopartículas sintéticas en aplicaciones biológicas mejor orientadas”, le dice Mateus Borba Cardoso, investigador del CNPEM y uno de los autores del estudio.
De acuerdo con Borba Cardoso, los virus son en general nanopartículas naturales a escala nanométrica (milmillonésimas partes del metro) que interactúan de manera precisa y eficiente con la maquinaria biológica de los organismos y, merced a ciertas características estructurales distribuidas homogéneamente, obtienen excelentes resultados de infección y, por consiguiente, de replicación. En el caso del SARS-CoV-2, uno de los factores que le permitieron al virus volverse altamente contagioso fue precisamente la eficiencia en la orientación.
La principal puerta de entrada del nuevo coronavirus en el cuerpo humano es la nariz, desde donde se propaga hacia todo el tracto respiratorio. En esa área se encuentra alojada en las células epiteliales de los cilios móviles la proteína ACE2, con la cual se une el SARS-CoV-2 para viabilizar la infección.
La interacción del SARS-CoV-2 con los cilios micrométricos de las células epiteliales de la nariz exhibe ventajas considerables para el virus. Primeramente, porque la longitud de los cilios es de alrededor de 50 veces el tamaño del virus, de más o menos 5 micrones (μm) frente a aproximadamente 100 nanómetros (nm). En segundo lugar, porque la interacción con el virus perjudica la función adecuada de las células en estadios posteriores de la enfermedad, inhibiendo así la depuración de moco que podría prevenir futuras infecciones virales, según subrayan los investigadores.
“La clave que desencadena la COVID-19 es una interacción guiada entre el SARS-CoV-2 con el receptor ACE2 en las células nasales, con el cual exhibe una afinidad de unión diez veces más fuerte que el SARS-CoV, aunque ambos comparten el 76 % de la secuencia genética de la proteína spike (con la cual el virus se une al receptor ACE2 de las células humanas)”, afirma Borba Cardoso.
En el SARS-CoV-2 las proteínas spike se encuentran distribuidas homogéneamente sobre la superficie del virus, de acuerdo con patrones de geometría y simetría bien definidos. Este ordenamiento meticuloso, con espacios organizados de 15 nm entre las proteínas spike, optimiza la replicación y transforma una serie de interacciones débiles en fuertes, aumentando las oportunidades de entrada y de replicación del virus en las células.
La organización espacial meticulosa entre las proteínas también aumenta las probabilidades de interacción, dado que permite que estructuras flexibles de la spike y de la ACE2 asuman diferentes orientaciones espaciales y favorezcan a los puntos de contacto activo entre esas proteínas. No es posible hallar esta flexibilidad tan depurada de la maquinaria viral en otros coronavirus.
Una vez activada, la proteína spike también altera radicalmente su configuración y expone el dominio de unión al receptor (RBD, por sus siglas en inglés) para acoplarse con el ACE2 con alta afinidad, afirman los investigadores.
“Estamos proponiendo utilizar estos conceptos de especificidad y de eficiencia del SARS-CoV-2, que logra interactuar muy selectivamente con las células humanas, para desarrollar nanopartículas con características del virus, de manera tal que se unan receptores de una determinada región tumoral, por ejemplo. De este modo, sería posible disminuir drásticamente las dosis y los efectos secundarios de los fármacos quimioterapéuticos”, sostiene Borba Cardoso.
Una inspiración para la nanomedicina
De acuerdo con los investigadores, uno de los mayores retos para imitar las características del SARS-CoV-2 en la producción de nanopartículas sintéticas reside en el control preciso de la organización de las superficies de estas estructuras. Para obtener algo similar al nivel organizativo de los virus, los diseñadores de nanomateriales deben superar los actuales métodos e incorporar abordajes sintéticos aún más precisos, tales como estrategias de funcionalización que hagan posible el control de la distancia promedio entre grupos bioactivos.
Los métodos de funcionalización de nanopartículas que se emplean actualmente no permiten que las estructuras tengan una superficie homogénea como la del SARS-CoV-2, lo cual probablemente dificulta la interacción específica entre grupos activos y sus receptores.
Otro desafío importante está relacionado con la alta selectividad, que asegura la precisa «responsividad«, la adaptabilidad a los eventos biológicos. Los receptores deben superar obstáculos de interacción y pasar ilesos por el reconocimiento del sistema inmunológico hasta que encuentren los blancos que hagan posible la entrada a las células. La falta de eficacia en la orientación suele hacer que las nanopartículas funcionalizadas se acumulen en células no deseadas y en tejidos mientras que aumentan los efectos relacionados con la toxicidad.
A tal fin, será necesario considerar la combinación racional de conocimientos relacionados con los ordenamientos estructurales de la superficie del virus para que promuevan, en contacto con el receptor, reacciones puntuales con mayor eficiencia, según indican los investigadores.
“En el CNPEM desarrollamos hace ya más de una década una plataforma para la producción de nanopartículas para aplicaciones en nanomedicina. A nuestras partículas, al igual que los virus, ha venido mutándoselas para incrementar cada vez más su eficiencia”, afirma Borba Cardoso.
Nota:
Responsividad o capacidad de respuesta es un concepto de informática que hace referencia a la capacidad específica de un sistema o unidad funcional para completar las tareas asignadas en un tiempo determinado. Por ejemplo, se referiría a la capacidad de un sistema de inteligencia artificial para comprender y llevar a cabo sus tareas de manera oportuna. Es uno de los criterios que caen bajo el principio de robustez. Los otros tres son observabilidad, recuperabilidad y cumplimiento de tareas.o capacidad de respuesta es un concepto de informática que hace referencia a la capacidad específica de un sistema o unidad funcional para completar las tareas asignadas en un tiempo determinado.
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