Biotecnología aplicada al diseño de nanotransportadores dirigidos al sistema nervioso

Abstract

La nanomedicina se ha convertido en una de las disciplinas más prometedoras en el desarrollo de sistemas de alto valor añadido que permitan enfrentarnos a los grandes desafíos clínicos. No obstante, cuándo estos sistemas basados en nanomateriales se utilizan para aplicaciones terapéuticas, con frecuencia no cumplen las expectativas para las que se diseñaron. Uno de los motivos es el escaso direccionamiento que presentan. Cuando un nanomaterial entra en un sistema in vivo, interacciona con los componentes biológicos. Las biomoléculas del medio recubren la superficie de este, camuflando/ocultando su identidad original. La nueva identidad del nanomaterial determina la respuesta y su interacción con las células. Esto complica mucho más el estudio y la traslación de los resultados del laboratorio a la clínica. Por tanto, dotar a los nanomateriales de una funcionalidad biológica previo a su aplicación ayudará a predecir mejor su comportamiento y destino en el organismo in vivo. La biotecnología aplicada a la nanotecnología puede servir de enfoque para el recubrimiento de nanomateriales con biomoléculas dirigidas. La especificidad del direccionamiento requiere que estas biomoléculas estén orientadas en la superficie del nanomaterial. Los virus tienen dimensiones nanométricas y la estructura de su superficie está formada por proteínas perfectamente empaquetadas, ordenadas y orientadas que permiten a estos sistemas ser específicos y dirigirse a sus dianas. En esta tesis se pretende imitar el diseño de un virus, intentando reproducir su estructura para construir pseudo-cápsides víricas de proteína ligando orientada.

Nanomedicine has become one of the most promising disciplines for the development of new systems that will allow us to face the great clinical challenges. Unfortunately, nowadays, most of the nanomaterials are designed for therapeutic applications and do not meet the original expectations. One of the reasons for the failure of these nanosystems is their low specificity and targeting. This is because of their intrinsic properties, fundamentally their size and their great surface reactivity. This can trigger multiple bio-synthetic interactions with the in vivo environment, where the circulating biomolecules surround them, hiding their targeting ligands and providing a biological identity that affect their targeting. Theses complicate the study and translation of the results from the bench-to-bedside. Therefore, providing nanomaterials with a unique and controlled biological functionality is essential to predict their behaviour and their in vivo destination. This thesis main goal is to apply biotechnology to nanomaterials to create bioactive coatings for these nanomaterials that, mimicking nature, can be targeted specifically to cells or tissues. To achieve this goal, we have designed proteins with a ligand domain fused to an interaction domain with the surface of the nanomaterial. These chimera proteins conjugate stable, efficiently and in a surface-oriented manner to the nanomaterials. Finally, following the proposed model, we have mimicked the virus´s structure to design pseudo nano-capsules with oriented ligand protein.