La joya de la corona (proteica)

En el nanomundo hasta lo más nano tiene efectos insospechados. Uno se pasa tiempo diseñando su nanopartícula hasta el más mínimo detalle (carga eléctrica superficial, tamaño, estado de agregación, etc.) y luego la mete en un medio biológico y… apaga y vámonos. En menos de 1 minuto habrá cambiado todas sus propiedades por el maldito (o no) efecto de la corona proteica. Como la nanopartícula en sí tiene una alta energía libre superficial se le pega todo quisqui, o dicho de otra manera: las biomoléculas presentes en los fluidos biológicos se adsorben rápidamente sobre la nanopartícula creando una capa o corona. Que, aunque llamemos corona proteica, también incluye otro tipo de moléculas como los lípidos.

Por lo tanto, las propiedades preciosamente conseguidas de nuestra nanopartícula se van al traste porque ahora lo que tenemos es un complejo nanopartícula-proteína que se comportará de manera distinta afectando a las aplicaciones biomédicas o los efectos nanotoxicológicos que hubiésemos previsto. Y aunque esta corona depende en parte de las propiedades fisicoquímicas iniciales de la nanopartícula, es demasiado compleja para que alguno de estos factores nos permita controlar su formación, composición o evolución.

De hecho, lo que más influye es la cantidad de proteína que haya en el medio: no es lo mismo usar un medio de cultivo para una línea celular determinada, que sangre de un organismo vivo, ni siquiera es lo mismo entre un organismo vivo y otro: se han observado diferencias de la corona formada en plasma de ratón (más rica y compleja) que la formada en plasma humano. Lo que es un escollo bastante importante porque el camino para que una nanopartícula se convierta en fármaco pasa por modelos in vitro (líneas celulares), a modelos in vivo (generalmente ratones), a la clínica (modelo humano) y en todos los casos el efecto corona es distinto, haciendo más complicado, si cabe, la extrapolación de los resultados. ¡Caray con la monarquía y su maldita corona!

Caracciolo et al., 2014
Caracciolo et al., 2014

La corona proteica se puede dividir, aunque bastante imprecisamente, en hard y soft corona. Se diferencian en los tiempos de intercambio de moléculas: largos para hard corona y cortos para soft corona, y por eso, en el caso de la soft corona es más complicado de estudiar y menos conocida. Este intercambio de biomoléculas en la corona está gobernado por el efecto Vroman. Consiste en que primero se pegan las proteínas más abundantes y con mayor movilidad en el fluido biológico; pero con el tiempo acaban siendo desplazadas por aquellas con más afinidad. Así, la composición de la corona cambia solo cuantitativamente en la cantidad que tiene de una proteína específica, y alcanza el equilibrio más o menos 1 hora después del primer contacto.

En resumen, nada más poner en contacto la nanopartícula con el medio biológico y sin que podamos remediarlo, esta adquiere una capa de unos cientos de proteínas bastante inmóvil (hard corona) con otra capa enlazada con menos intensidad (soft corona).

Se sabe que las primeras interacciones entre nanopartícula y la célula a la que va dirigida están regidas por la corona proteica o biomolecular, e incluso que si esta corona se retiene una vez la nanopartícula entra en la célula podría afectar a su procesado celular. Y lo cierto es que la vida de esta corona en plasma o suero es de varias horas…, más del tiempo necesario para que la nanopartícula sea comida por la célula.

Finalmente, los procesos degradativos dentro de la célula eliminarán la dichosa corona en una serie de subproductos que podrían tener impacto biológico afectando a la toxicidad o a la regulación inmunológica. La corona además podría enmascarar una de las propiedades estrella de las nanopartículas: la capacidad de dirigirlas selectivamente al órgano diana. Porque si hemos funcionalizado nuestra nanopartícula con una molécula que queda tapada por esta corona proteica, adiós muy buenas.

Pero si no puedes vencer a tu enemigo, únete a él, y ya que no podemos librarnos de la corona por muy republicanos que seamos, aprovechémonos de ella. Estudios demuestran que la capa de proteína podría estabilizar nuestra nanopartícula en el plasma. Además, muchas veces las nanopartículas recubiertas por corona proteica inducen menor muerte celular; de hecho, puede promover su internalización celular al ser reconocida más fácilmente por los receptores celulares. Y crucemos los dedos para que sea así no solo en el modelo in vitro, sino en el in vivo y en la clínica.

Referencias

Bertoli et al., The Intracellular Destiny of the Protein Corona: A Study on its Cellular Internalization and Evolution, ACS Nano 10, 11, 10471-10479

Caracciolo et al., The liposome–protein corona in mice and humans and its implications for in vivo delivery, J. Mater. Chem. B, 2014,2, 7419-7428

Monopoli et al., Physical-Chemical Aspects of Protein Corona: Relevance to in Vitro and in Vivo Biological Impacts of Nanoparticle, Am. Chem. Soc. 133, 8, 2525-2534

Tenzer et al., Rapid formation of plasma corona critically affects nanoparticle pathophysiology, Nature Nanotechnology volume 8, pages 772–781 (2013)


3 Comentarios

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FernandoFernando

Hola, muy interesante, sobre todo porque no abundan noticias relacionadas con química y nanomedicina. Como indicas la protein corona puede ser un problema pero cada vez más se está viendo que se puede usar para nuestro beneficio. Entendiendo este como la capacidad de que las partículas se acumulen de forma selectiva en la patología, por ej:
https://www.nanomedjournal.com/artic...-6/fulltext

Además, parece claro que, casi siempre, la protein corona no recubre totalmente la superficie…afortunadamente.
un saludo

Alba Fernández Caramés (Ies Rafael Dieste) Anatomia aplicada.Alba Fernández Caramés (Ies Rafael Dieste) Anatomia aplicada.

Según lo entendido en este artículo, la corona proteica de las nanopartículas pueden ser una problema a la hora de modificarlas para utilizarlas para nuestro beneficio.
Me ha parecido muy interesante, y sobre todo, la solución que se le ha dado a este problema , que es aprovecharnos de esta capa en vez de intentar eliminarla, me ha parecido una idea ingeniosa.
Y ya que la naturaleza nos impide modificarla, pues nos unimos a ella.

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