Las nanogotas podrían acelerar la búsqueda de nuevos medicamentos
Investigadores del KIT desarrollan una plataforma miniaturizada que combina la síntesis, el ensayo y el análisis de fármacos en un único chip, lo que ahorra años de trabajo y millones en costes
Hasta ahora, la fase inicial del descubrimiento de fármacos para el desarrollo de nuevas terapias requería mucho tiempo y dinero. Investigadores del KIT (Instituto de Tecnología de Karlsruhe) han desarrollado ahora una plataforma en la que pueden disponerse nanogotas extremadamente miniaturizadas con un volumen de sólo 200 nanolitros por gota -comparable al de un grano de arena- y que contienen sólo 300 células por prueba. Esta plataforma permite a los investigadores sintetizar, caracterizar y probar miles de agentes terapéuticos en el mismo chip, ahorrando tiempo y recursos.
En la actualidad, el descubrimiento de nuevos agentes terapéuticos se basa en estudios de alto rendimiento que comprenden etapas separadas, que consumen muchos recursos, para la síntesis, el ensayo biológico y la caracterización de nuevas sustancias activas. Por lo general, este método sólo es practicable en las grandes empresas farmacéuticas, lleva varios años de desarrollo, incurre en costes de cientos de millones de euros y requiere una gran cantidad de materias primas.
"En particular, las instituciones académicas y las pequeñas instituciones de investigación industrial no pueden movilizar estos recursos", afirma el profesor Pavel Levkin, del Instituto de Sistemas Biológicos y Químicos (IBCS) del KIT. "Nuestra tecnología elimina esta barrera y podría abrir la puerta a que muchos más actores contribuyan al descubrimiento de fármacos".
Gotas 1.000 veces más pequeñas en entornos experimentales
Con el fin de acelerar el descubrimiento de fármacos para la terapia del cáncer, investigadores del Departamento de Materiales Biofuncionales dirigidos por Levkin han desarrollado ahora una plataforma integrada de conjuntos de nanogotas. "Combina en un solo chip los procesos hasta ahora separados para el desarrollo de nuevos fármacos contra el cáncer, utilizando un flujo de trabajo único y miniaturizado", afirma Levkin.
Los científicos consiguieron reducir la escala de los experimentos en un factor de 1000, es decir, del rango de microlitros al de nanolitros. "Gracias a nuestro enfoque directo a la biología, en el que se realizan pruebas biológicas directas de las moléculas sintetizadas sin preparación previa, podemos reducir drásticamente el tiempo y los recursos invertidos en la síntesis y el cribado utilizando sólo 200 nanolitros por gota y 300 células para cada prueba, un volumen comparable al de un grano de arena", afirma Levkin.
Los investigadores sintetizaron y probaron varios posibles inhibidores de la MEK (inhibidores de la proteína cinasa activada por mitógenos), agentes que bloquean la enzima MEK, implicada en el desarrollo de distintos tipos de cáncer, como el de piel y colon. Un conocido inhibidor de la MEK, el mirdametinib, ya se utiliza para tratar tumores raros e inoperables. A partir de su estructura molecular, el grupo de investigación elaboró una biblioteca de posibles inhibidores novedosos de MEK. "Con el nuevo método de nanodropletas, produjimos 325 inhibidores potenciales de MEK en sólo siete días y descubrimos que 46 de ellos funcionaban tan bien como el mirdametinib en las pruebas de laboratorio", explica Levkin.
Pruebas celulares en formato miniaturizado
Los investigadores examinaron la actividad de las moléculas recién producidas utilizando células vivas. "En este proceso, investigamos la viabilidad de la línea celular HT-29 de cáncer de colon, que es vulnerable a los inhibidores de MEK", explica Liana Bauer, investigadora doctoral del IBCS-FMS y autora principal del estudio publicado.
Para la caracterización de las moléculas, el equipo utilizó el método MALDI-MSI (desorción por láser asistida por matriz/ionización-espectrometría de masas por imágenes). Esta tecnología permite a los investigadores analizar la composición química de las muestras y visualizar su distribución espacial. El análisis se llevó a cabo en colaboración con un grupo de investigación dirigido por el profesor Carsten Hopf, del Centro de Espectrometría de Masas y Espectroscopia Óptica (CeMOS) de la TH Mannheim (Universidad Técnica de Ciencias Aplicadas).
Con la nueva matriz, fue posible analizar los 325 productos por triplicado, un total de 975 muestras individuales, directamente en el chip. "Pudimos demostrar que este método también funciona a escala extremadamente pequeña con nanodroplets", explica Bauer.
Al combinar la síntesis, el ensayo y el análisis de moléculas en una única plataforma, el nuevo enfoque podría hacer más accesible el descubrimiento de fármacos de alto rendimiento a los laboratorios académicos y las empresas biotecnológicas más pequeñas. "Se trata de un gran paso hacia un descubrimiento más rápido, barato y eficaz de nuevos fármacos que se necesitan con urgencia", afirma Levkin.
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Publicación original
Maximilian Seifermann, Julius Höpfner, Liana Bauer, Divya Varadharajan, Stefan Schmidt, Björn Fröhlich, Benjamin Wellenhofer, Charlotte Luchena, Carsten Hopf, Anna A. Popova, Pavel A. Levkin; "Nanodroplet Array Platform for Integrated Synthesis and Screening of MEK Inhibitors: a Miniaturized Approach to Early Drug Discovery"; Angewandte Chemie International Edition, 2025-8-18
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