Imagine una caja tan pequeña que harían falta unas 5.000 colocadas en fila para cubrir el grosor de un cabello humano. Ahora imagine que esa caja pudiera transportar medicamentos por el organismo o ayudar a nuestras defensas a reconocer las células cancerosas. Aunque estas aplicaciones todavía pertenecen al terreno de la investigación, científicos españoles han dado un paso para hacerlas posibles: han conseguido fabricar dos estructuras microscópicas de proteínas que se ensamblan solas, como las piezas de un juego de construcción.
El avance procede del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO), en Madrid, y se ha publicado en la revista científica Journal of the American Chemical Society. El equipo, dirigido por Roger Castells-Graells, ha desarrollado un método que combina el diseño de proteínas con inteligencia artificial para construir estas diminutas cajas con una precisión extraordinaria.
Su tamaño es de apenas 15 nanómetros de diámetro. Un nanómetro equivale a la milmillonésima parte de un metro, una escala tan pequeña que estas estructuras solo pueden observarse mediante instrumentos capaces de distinguir los componentes de las moléculas. Pero lo verdaderamente novedoso no es su tamaño, sino cómo están construidas.
Un juego de Lego que se monta solo
Fabricar estas cajas se parece a montar una figura de Lego, aunque con una dificultad añadida: nadie puede coger las piezas con los dedos ni colocarlas manualmente. Son las propias proteínas las que deben encontrarse y encajar hasta formar una estructura cerrada. Para conseguirlo, los investigadores diseñaron una especie de armazón formado por doce piezas dobles que se unen siguiendo una disposición geométrica precisa.
El principal problema estaba en las conexiones. Si las piezas son demasiado rígidas, la caja no puede cerrarse; si se doblan más de lo previsto, la estructura se deforma. Es parecido a intentar construir una esfera con varillas: cada unión debe tener el ángulo adecuado para que el conjunto encaje.
La solución fue incorporar conexiones flexibles y recurrir a la inteligencia artificial para determinar qué componentes de las proteínas permitirían mantenerlas estables.
Los científicos partieron de proteínas naturales cuya forma ya se conocía y estudiaron cuánto podían curvarse sus uniones. Después utilizaron un programa de aprendizaje automático para seleccionar los aminoácidos, las pequeñas unidades que forman las proteínas, más adecuados para mantener la estructura.
Una sola pieza para facilitar su fabricación
Otra característica importante es que las cajas se construyen repitiendo un único tipo de componente. Esto podría simplificar considerablemente su producción futura. En lugar de fabricar distintas piezas y combinarlas en proporciones exactas, bastaría con producir muchas copias de una misma unidad, que después se organizarían espontáneamente.
"Si lo queremos trasladar a la industria farmacéutica o biotecnológica, tener muchas piezas separadas puede complicar la producción, porque a veces una se produce mejor que otra", explica Castells-Graells, según recoge Ep.
El equipo elaboró quince diseños iniciales y ensayó 45 variantes en el laboratorio. Para obtener las proteínas utilizó bacterias, que actuaron como pequeñas fábricas biológicas. Tras purificarlas, los investigadores seleccionaron tres variantes correspondientes a dos modelos diferentes de cajas. El siguiente paso consistió en comprobar si realmente habían adquirido la forma prevista.
Para ello emplearon una técnica que permite observar muestras congeladas a temperaturas extremadamente bajas y reconstruir su estructura casi átomo por átomo. Las imágenes confirmaron que las proteínas habían encajado con una precisión muy próxima a la calculada.
Pequeños vehículos para medicamentos y vacunas
Sin embargo, los investigadores insisten en que todavía no han demostrado ninguna de estas aplicaciones. El estudio acredita que las cajas pueden diseñarse y fabricarse con precisión, pero queda por comprobar si pueden transportar sustancias, cómo se comportan en entornos biológicos y si resultaran seguras.
El trabajo tiene como primer autor a Pablo San Segundo-Acosta y cuenta con la participación de Todd Yeates, investigador de la Universidad de California en Los Ángeles y pionero en el diseño de estas estructuras de proteínas.
Las posibles aplicaciones médicas explican el interés de este trabajo. Una de ellas sería utilizar las cajas como vehículos capaces de transportar medicamentos por el organismo. Otra posibilidad consiste en emplearlas como soporte para futuras vacunas. En ese caso funcionarían como un expositor microscópico sobre el que colocar fragmentos de virus o células tumorales. Esos fragmentos actuarían como señales de identificación para el sistema inmunitario. Al reconocerlos, nuestras defensas podrían aprender a detectar una amenaza y preparar una respuesta frente a ella. (La Razón- marta de andrés)
imagen:De izquierda a derecha, Roger Castells-Graells, Todd Yeates, Pablo San Segundo-Acosta, Johanne Le Coq, Jasminka Boskovic, co-autores del artículo MadMoviex CNIO
