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| Célula del sistema inmune liberando citoquinas. www.scientificanimations.com / CC BY-SA |
"La idea es que estas proteínas se puedan inyectar en el cuerpo y unirse a las citoquinas excesivas generadas durante la tormenta de citoquinas, eliminando las citoquinas excesivas y aliviando los síntomas de la infección", dice Rui Qing, un científico investigador del MIT que es uno de los autores principales del estudio.Los investigadores publicaron sus hallazgos iniciales el 9 de abril en la revista QRB Discovery, y ahora esperan comenzar a probar sus proteínas en células humanas y en modelos animales de liberación de citoquinas e infección por coronavirus.
Shuguang Zhang, científico investigador principal en el Laboratorio de Arquitectura Molecular del MIT, también es un autor del artículo. Shilei Hao, científico visitante del MIT, es el autor principal del estudio, y David Jin, CEO y presidente de Avalon GloboCare, también es autor.
Una esponja molecular
El trabajo de los investigadores para bloquear la tormenta de citoquinas surgió de un proyecto que Zhang comenzó hace 10 años para desarrollar versiones modificadas de proteínas incluidas en la membrana. Estas proteínas suelen ser difíciles de estudiar porque una vez que se extraen de la membrana celular, sólo mantienen su estructura si se suspenden en tipos especiales de detergentes.
Después de trabajar en el problema durante varios años, Zhang y Qing desarrollaron un método para modificar las regiones hidrofóbicas de estas proteínas, haciéndolas solubles en agua y mucho más fáciles de estudiar. Su método, llamado código QTY, requiere reemplazar algunos aminoácidos hidrofóbicos con aminoácidos hidrofílicos que tienen estructuras similares. La leucina se convierte en glutamina, la isoleucina y la valina se convierten en treonina, y la fenilalanina se convierte en tirosina.
Tras el desarrollo del código QTY, Jin se acercó al laboratorio de Zhang con la idea de diseñar versiones solubles en agua de proteínas conocidas como receptores de citoquinas. Estos receptores se encuentran en la superficie de las células inmunes, donde se unen a las citoquinas, que son proteínas de señalización que estimulan la inflamación y otras respuestas inmunes. Jin creía que las proteínas que imitan a estos receptores de citoquinas podrían ayudar a combatir las tormentas de citoquinas, que pueden ser producidas por infecciones virales o bacterianas, como el VIH y la hepatitis. También pueden ocurrir como un efecto secundario de la inmunoterapia contra el cáncer.
En abril de 2019, el equipo de Zhang se propuso diseñar proteínas que pudieran absorber estos citoquinas en exceso como una esponja. Para hacer eso, usaron el código QTY para hacer versiones solubles en agua de los receptores de citoquinas. Cuando las proteínas son solubles en agua, pueden viajar eficientemente a través del torrente sanguíneo humano, mientras que las versiones hidrófobas originales de las proteínas probablemente se adhieran a las células que encuentren.
Los investigadores también unieron un segmento de anticuerpo llamado región Fc a sus proteínas receptoras solubles en agua. Esta región ayuda a estabilizar aún más las proteínas en el torrente sanguíneo y hace que sea menos probable que sean atacadas por el sistema inmunitario.
Los investigadores diseñaron proteínas que imitan seis receptores de citoquinas diferentes, que pueden unirse a citoquinas como el interferón y la interleucina, así como a una clase de citoquinas llamadas quimioquinas. En las pruebas realizadas laboratorio para estudiar la fuerza de unión de estas proteínas a sus ligandos, los investigadores descubrieron que sus proteínas modificadas podían unirse a las citoquinas con una fuerza similar a la de los receptores de citoquinas naturales.
"Los receptores de citoquinas que diseñamos absorberán la mayoría de las citoquinas excesivas que se liberan durante la tormenta de citoquinas", dice Jin.
Impulsado por la curiosidad.
En marzo, cuando la evidencia comenzó a sugerir que el virus SARS-CoV-2 inducía tormentas de citoquinas en algunos pacientes, los investigadores se dieron de cuenta de que las proteínas receptoras que habían diseñado podrían ayudar. Decidieron publicar rápidamente los resultados que han generado hasta ahora, y ahora planean hacer pruebas adicionales en células humanas y en modelos animales de infección por COVID-19.
La utilidad potencial de este enfoque subraya la importancia de la "investigación impulsada por la curiosidad", dice Zhang. "Como resultado, nuestra investigación iniciada en abril de 2019 es directamente relevante para el tratamiento de pacientes infectados con COVID-19", dice. "La investigación impulsada por la curiosidad o incluso proactiva a menudo conduce a la preparación, que es clave para prevenir futuros desastres".
Los investigadores han solicitado patentes sobre las proteínas que diseñaron, así como sobre su enfoque general para crear receptores de citoquinas solubles en agua. Esperan obtener la licencia de la tecnología rápidamente y colaborar con compañías farmacéuticas y biotecnológicas que puedan ayudar a avanzar hacia los ensayos clínicos.
"Obviamente, este enfoque necesitará más estudios en animales y potencialmente estudios clínicos en humanos", dice Jin. "Pero confiamos en que este descubrimiento contribuirá a las aplicaciones clínicas para abordar enfermedades virales que involucran tormentas de citoquinas".
Fuente de la noticia: Massachusetts Institute of Technology. "Proteins may halt the severe cytokine storms seen in COVID-19 patients: Team designs antibody-like receptor proteins that can bind to cytokines, as possible strategy for treating coronavirus and other infections." ScienceDaily. ScienceDaily, 16 April 2020. www.sciencedaily.com/releases/2020/04/200416135950.htm
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