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Articulo de referencia

Péptido penetrante celular

Los péptidos penetrantes celulares ( PPC ) son péptidos cortos que facilitan la entrada y captación celular de moléculas que van desde nanopartículas hasta pequeños compuestos q...

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Los péptidos penetrantes celulares ( PPC ) son péptidos cortos que facilitan la entrada y captación celular de moléculas que van desde nanopartículas hasta pequeños compuestos químicos y grandes fragmentos de ADN . La "carga" se asocia a los péptidos mediante enlaces químicos covalentes o interacciones no covalentes . [ 1 ]

Los CPP introducen la carga en las células, generalmente mediante endocitosis , para su uso en investigación y medicina. Su uso actual se ve limitado por la falta de especificidad celular en la administración de carga mediada por CPP y la comprensión insuficiente de sus mecanismos de captación. Otros mecanismos de administración desarrollados incluyen CellSqueeze y la electroporación .

Los CPP suelen tener una composición de aminoácidos que contiene una alta abundancia relativa de aminoácidos con carga positiva, como la lisina o la arginina , o bien secuencias que contienen un patrón alterno de aminoácidos polares cargados y aminoácidos no polares hidrofóbicos . [ 2 ] Estos dos tipos de estructuras se denominan policatiónicas o anfipáticas , respectivamente. Una tercera clase de CPP son los péptidos hidrofóbicos, que contienen únicamente residuos apolares con baja carga neta o grupos de aminoácidos hidrofóbicos cruciales para la captación celular. [ 3 ] [ 4 ]

El activador transcripcional transactivador (TAT), del virus de la inmunodeficiencia humana tipo 1 (VIH-1), fue el primer péptido penetrante celular (PPC) descubierto. En 1988, dos laboratorios descubrieron de forma independiente que el TAT podía ser captado eficazmente del medio circundante por numerosos tipos de células en cultivo . [ 5 ] Desde entonces, el número de PPC conocidos se ha incrementado considerablemente y se han generado análogos sintéticos de moléculas pequeñas con propiedades de transducción de proteínas más eficaces. [ 6 ]

Un descubrimiento reciente reveló que los Papillomaviridae , como el virus del papiloma humano , utilizan CPP para penetrar la membrana intracelular y desencadenar el transporte retrógrado de la unidad viral hacia el núcleo. [ 7 ]

Mecanismos de translocación de membrana

Los péptidos penetrantes celulares (PPC) presentan diferentes tamaños, secuencias de aminoácidos y cargas, pero todos ellos tienen la capacidad de atravesar la membrana plasmática y facilitar la entrega de diversas cargas moleculares al citoplasma o a un orgánulo . [ 1 ] No existe un consenso real que explique el mecanismo de translocación, pero los candidatos pueden clasificarse en tres mecanismos: penetración directa en la membrana, entrada mediada por endocitosis y translocación a través de una estructura transitoria. La transducción por PPC es un área de investigación en curso. [ 8 ] [ 9 ]

Los péptidos penetrantes celulares (PPC) son capaces de transportar diferentes tipos de moléculas a través de la membrana plasmática; por lo tanto, actúan como vehículos de administración molecular. Tienen numerosas aplicaciones en medicina como agentes de administración de fármacos en el tratamiento de diversas enfermedades, incluyendo el cáncer y los inhibidores de virus, así como agentes de contraste para el marcaje celular. Ejemplos de esto último incluyen su uso como portadores de GFP , agentes de contraste para resonancia magnética o puntos cuánticos . [ 10 ]

Penetración directa

Ejemplo de translocación de carga mediante penetración directa

La mayoría de las primeras investigaciones sugirieron que la translocación de CPP policatiónicos a través de las membranas biológicas ocurría mediante un proceso celular independiente de la energía. Se creía que la translocación podía progresar a 4  °C y que probablemente implicaba una interacción electrostática directa con fosfolípidos cargados negativamente . Los investigadores propusieron varios modelos en intentos de dilucidar el mecanismo biofísico de este proceso independiente de la energía. Aunque los CPP promueven efectos directos sobre las propiedades biofísicas de los sistemas de membrana puros, la identificación de artefactos de fijación al usar sondas CPP marcadas con fluorescencia provocó una reevaluación de los mecanismos de importación de CPP. [ 11 ] Estos estudios promovieron la endocitosis como la vía de translocación. Se ha propuesto un ejemplo de penetración directa para TAT. El primer paso en este modelo propuesto es una interacción con la proteína de fusión desplegada (TAT) y la membrana a través de interacciones electrostáticas, que alteran la membrana lo suficiente como para permitir que la proteína de fusión la atraviese. Después de la internalización, la proteína de fusión se repliega debido al sistema de chaperonas. Este mecanismo no fue aceptado y se han sugerido otros mecanismos que involucran la endocitosis dependiente de clatrina. [ 12 ] [ 13 ]

Se han propuesto muchos métodos más detallados de captación de CPP, incluyendo la formación de poros transitorios. [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ] [ 17 ] [ 18 ] Este mecanismo implica fuertes interacciones entre los péptidos penetrantes celulares y los grupos fosfato en ambos lados de la bicapa lipídica , la inserción de cadenas laterales de arginina con carga positiva que nuclean la formación de un poro transitorio, seguida de la translocación de los péptidos penetrantes celulares por difusión en la superficie del poro. Este mecanismo explica cómo ingredientes clave, como la cooperación entre los péptidos, la gran carga positiva y, específicamente, los grupos guanidinio, contribuyen a la captación. El mecanismo propuesto también ilustra la importancia de las fluctuaciones de la membrana. De hecho, los mecanismos que implican grandes fluctuaciones de la estructura de la membrana, como los poros transitorios y la inserción de cadenas laterales de aminoácidos cargados, pueden ser comunes y quizás centrales para las funciones de muchas proteínas de membrana .

Translocación mediada por endocitosis

Tipos de endocitosis mediada por péptidos penetrantes celulares

La endocitosis es otro mecanismo de internalización celular. La endocitosis es el proceso de ingestión celular mediante el cual la membrana plasmática se pliega hacia adentro para introducir sustancias en la célula. Durante este proceso, las células absorben material del exterior al incorporarlo a través de su membrana celular . La clasificación de la localización celular mediante fluorescencia o inhibidores de la endocitosis constituye la base de la mayoría de los estudios. Sin embargo, el procedimiento utilizado durante la preparación de estas muestras genera información cuestionable sobre la endocitosis. Además, los estudios demuestran que la entrada celular de penetratina por endocitosis es un proceso dependiente de energía. Este proceso se inicia mediante la interacción de poliarargininas con sulfatos de heparano que promueven la endocitosis. Las investigaciones han demostrado que la TAT se internaliza a través de una forma de endocitosis denominada macropinocitosis. [ 19 ] [ 20 ]

Los estudios han demostrado que la endocitosis participa en la internalización de los CPP, pero se ha sugerido que diferentes mecanismos podrían ocurrir simultáneamente. Esto se confirma por el comportamiento observado en la penetratina y el transportan, donde tanto la translocación de membrana como la endocitosis ocurren al mismo tiempo. [ 21 ] [ 22 ]

Translocación a través de la formación de una estructura transitoria

Translocación mediada por la formación de micelas invertidas

El tercer mecanismo responsable de la translocación se basa en la formación de micelas invertidas . Las micelas invertidas son agregados de surfactantes coloidales en los que los grupos polares se concentran en el interior y los grupos lipofílicos se extienden hacia el exterior, en el solvente. Según este modelo, un dímero de penetratina se combina con los fosfolípidos cargados negativamente, generando así la formación de una micela invertida dentro de la bicapa lipídica. La estructura de las micelas invertidas permite que el péptido permanezca en un entorno hidrofílico. [ 23 ] [ 24 ] [ 25 ] Sin embargo, este mecanismo aún es objeto de debate, ya que la distribución de la penetratina entre la membrana interna y externa no es simétrica. Esta distribución no simétrica produce un campo eléctrico que ha sido bien establecido. El aumento de la cantidad de péptido en las capas externas hace que el campo eléctrico alcance un valor crítico que puede generar un evento similar a la electroporación.

El último mecanismo implicaba que la internalización se produce mediante péptidos pertenecientes a la familia de péptidos anfipáticos primarios, MPG y Pep-1. Se han propuesto dos modelos similares basados ​​en estudios fisicoquímicos, que consisten en dicroísmo circular , espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier y resonancia magnética nuclear . Estos modelos están asociados con mediciones e investigaciones electrofisiológicas que tienen la capacidad de imitar membranas modelo como la monocapa en la interfaz aire-agua. La estructura que da origen a los poros es la principal diferencia entre el modelo MPG y el modelo Pep-1 propuestos. En el modelo MPG, el poro está formado por una estructura de barril β, mientras que el Pep-1 está asociado con hélices. Además, se han descubierto fuertes interacciones hidrofóbicas fosfolípido-péptido en ambos modelos. [ 26 ] [ 27 ] En los dos modelos de péptidos, las partes plegadas de la molécula transportadora se correlacionan con el dominio hidrofóbico, aunque el resto de la molécula permanece sin estructura. [ 28 ]

Translocación mediada por una estructura transitoria

La translocación facilitada por péptidos penetrantes celulares (CPP) es un tema de gran debate. Se ha presentado evidencia de que la translocación podría utilizar varias vías diferentes para la captación. Además, el mecanismo de translocación puede depender de si el péptido está libre o unido a la carga. La captación cuantitativa de CPP libres o unidos a la carga puede diferir considerablemente, pero los estudios no han demostrado si este cambio es resultado de la eficiencia de la translocación o de la diferencia en la vía de translocación. Es probable que los resultados indiquen que varios mecanismos de CPP compiten entre sí y que varias vías contribuyen a la internalización de CPP. [ 29 ]

Aplicaciones

Administración de ácidos nucleicos

Las macromoléculas basadas en ácidos nucleicos, como el siRNA, los oligonucleótidos antisentido, el ADN señuelo y los plásmidos, son prometedoras terapias biológicas y farmacológicas en la regulación de la expresión génica . [ 30 ] [ 31 ] [ 32 ] Sin embargo, a diferencia de otros fármacos de molécula pequeña, su desarrollo y aplicaciones se ven limitados por su alto peso molecular y cargas negativas, lo que resulta en una baja eficiencia de absorción y un bajo tráfico celular. Para superar estos problemas, se han desarrollado varios sistemas de administración diferentes, incluido el conjugado de CPP-ácido nucleico, que es una herramienta poderosa.

Formación de complejos de CPP-ácido nucleico

Enlace covalente entre el CPP y el ácido nucleico
Enlace covalente entre el CPP y el ácido nucleico

La mayoría de los complejos CPP-ácido nucleico propuestos hasta ahora se forman mediante enlaces covalentes. Se han sintetizado diversos complejos CPP-ácido nucleico mediante diferentes métodos químicos que dan lugar a enlaces estables o escindibles. El método más utilizado en la literatura consiste en enlaces disulfuro escindibles mediante síntesis en fase sólida por etapas o acoplamiento de fragmentos en fase de solución o fase sólida. [ 33 ] También se han desarrollado otras estrategias, como enlaces estables de amida, tiazolidina, oxima e hidrazina . [ 34 ] Sin embargo, estos métodos de enlace covalente presentan limitaciones debido a la preocupación de que el enlace covalente sintético entre el CPP y el ácido nucleico pueda alterar la actividad biológica de este último. [ 35 ] Por lo tanto, se ha aplicado con éxito una nueva estrategia no covalente que no requiere modificación química, utilizando CPP anfipáticos cortos, como MPG y Pep-1, como transportadores, para la administración de cargas. [ 36 ] [ 37 ] Estos conjugados no covalentes se forman mediante interacciones electrostáticas o hidrofóbicas. Con este método, se pueden administrar de manera eficiente sustancias como ácidos nucleicos y proteínas, manteniendo su plena actividad biológica.

administración de siRNA

El ARN de interferencia corto (siRNA) es una nueva y poderosa herramienta que puede interferir y silenciar la expresión de genes de enfermedades específicas. [ 38 ] Para mejorar la captación celular de siRNA, se han aplicado estrategias de CPP para facilitar la administración de siRNA en las células a través de enlaces covalentes o no covalentes. En un estudio, el siRNA se une covalentemente al transporte y la penetración mediante un enlace disulfuro en el extremo 5' de las hebras sentido del siRNA para dirigirse a los reporteros de ARNm de luciferasa o eGFP. [ 39 ] En otro estudio, el conjugado TAT-siRNA a través de un enlace tiomaleimida estable en el extremo 3' del siRNA se administró en células HeLa para el silenciamiento del gen eGFP. [ 40 ]

Sin embargo, las estrategias no covalentes parecen ser mejores para la administración de siRNA con una respuesta biológica más significativa. En un estudio, los complejos MPG/siRNA formados mediante una estrategia no covalente estable mostraron una introducción exitosa de siRNA en células cultivadas e indujeron una regulación robusta del ARNm objetivo. [ 37 ] Además, los complejos MPG/siRNA también se han aplicado para la administración de siRNA in vivo en blastocitos de ratón para la regulación génica. [ 41 ] El MPG forma complejos estables con siRNA con una baja tasa de degradación y puede funcionalizarse fácilmente para la focalización específica, lo que representa ventajas importantes en comparación con la tecnología CPP covalente.

Nuevo diseño de sustrato para la administración de siRNA

La administración celular de siRNA representa una herramienta valiosa para el tratamiento de enfermedades cancerosas, infecciones virales y trastornos genéticos. Sin embargo, las estrategias clásicas implican la unión covalente de moléculas de carga y CPP, lo que no proporciona una protección eficiente de las moléculas de siRNA in vivo ; por lo tanto, los resultados reportados en la literatura no son consistentes. Recientemente, se han reportado con éxito estrategias no covalentes. Se han reportado péptidos anfipáticos secundarios basados ​​en residuos aromáticos de triptófano y arginina unidos con lisina como espaciador bajo el nombre de CADY. CADY contiene una secuencia peptídica corta de 20 aminoácidos, con la secuencia "Ac-GLWRALWRLLRSLWRLLWRA-cisteamida". [ 42 ] Este péptido es capaz de autoensamblarse en una forma helicoidal con residuos hidrofílicos e hidrofóbicos en diferentes lados de la molécula, tiene dos orientaciones diferentes de la superficie que representan la energía más baja y es capaz de formar complejos con siRNA en diferentes proporciones molares que varían de 1:1 a 80:1. CADY es capaz de formar una capa protectora alrededor de la molécula de siRNA, protegiéndola de los procesos de biodegradación que puedan ocurrir antes de la penetración celular. Este tipo de sustratos puede presentar importantes aplicaciones in vivo .

Administración de oligómeros antisentido

Los oligonucleótidos antisentido (asON) se han utilizado en investigación básica y se están desarrollando como posibles tratamientos médicos. Se han desarrollado estrategias de CPP para administrar oligómeros antisentido como PNA y PMO en las células. Al superar la repulsión de la membrana celular de los ON con carga negativa y la degradación de los asON por enzimas, los CPP aumentan la biodisponibilidad de los asON. Dos tipos de análogos neutros de ON, el ácido nucleico peptídico ( PNA ) y los oligómeros de morfolino fosforodiamidato (PMO o Morfolino ) se están convirtiendo en dominantes en esta área. El PNA se ha conjugado con varios CPP ya sea a través de enlaces disulfuro o a través de enlaces amida estables. [ 43 ] Por ejemplo, se observó actividad antisentido dentro de las células que bloqueó la expresión del receptor de galanina cuando un PNA de 21 mer se acopló a la penetratina. [ 44 ] También se han informado resultados sobre la actividad antiviral con PNA dirigido al VIH-1 a través del enlace disulfuro con TAT. [ 45 ] Los conjugados CPP-PMO también se han utilizado con éxito para inhibir la replicación de varios virus como el SARS [ 46 ] y la influenza [ 47 ] y la unión de CPP ha mejorado la eficacia de los morfolinos modificadores del empalme en desarrollo para el tratamiento de la distrofia muscular de Duchenne [ 48 ]

Entrega de ADN señuelo

El ADN señuelo es un ADN exógeno de doble cadena (dsDNA) que puede imitar una secuencia promotora que puede inhibir la actividad de un factor de transcripción específico. [ 49 ] Pero el dsDNA tiene el mismo problema que otros fármacos: una baja biodisponibilidad. En un estudio, los CPP TP y TP10 se acoplaron al ADN señuelo de NFκB, lo que bloqueó el efecto de la activación de NFκB inducida por interleucina-1 y la expresión del gen IL-6. [ 50 ] En otro estudio, el TP10 acoplado al ADN señuelo de Myc disminuyó la capacidad proliferativa de las células N2a. [ 51 ]

Administración de plásmidos

Se pueden insertar genes individuales en sitios específicos de plásmidos, y se pueden introducir plásmidos recombinantes en células vivas. Se ha propuesto un método que utiliza TAT macroramificado para la administración de ADN plasmídico en diversas líneas celulares, el cual ha demostrado una capacidad de transfección significativa. [ 52 ] Se ha descubierto que los multímeros de TAT aumentan la eficiencia de transfección del ADN plasmídico entre 6 y 8 veces más que la poli-L-arginina o el TAT2-M1 mutante, y 390 veces más que los vectores estándar. [ 53 ]

Administración de proteínas

El desarrollo de proteínas terapéuticas, que ha presentado un método valioso para tratar enfermedades, se ve limitado por la baja eficiencia de los métodos de administración tradicionales. Se ha descubierto que la evaluación de la administración citosólica de proteínas unidas a CPP es propensa a artefactos [ 54 ] y, por lo tanto, requiere el uso de métodos de evaluación que distingan la verdadera administración citosólica de las proteínas CPP unidas a la superficie celular o atrapadas en el endosoma. [ 55 ] [ 56 ] Recientemente, se han reportado varios métodos que utilizan CPP como vehículos para administrar proteínas biológicamente activas de longitud completa en células y animales vivos.

Varios grupos han logrado administrar proteínas fusionadas con CPP in vitro . TAT fue capaz de administrar diferentes proteínas, como la peroxidasa de rábano picante y la RNasa A, a través de la membrana celular hacia el citoplasma en diferentes líneas celulares in vitro . El rango de tamaño de las proteínas con administración efectiva es de 30 kDa a 120-150 kDa. En un estudio, las proteínas fusionadas con TAT se internalizan rápidamente mediante macropinocitosis dependiente de balsas lipídicas utilizando un ensayo reportero de recombinasa TAT-Cre transducible en células vivas. [ 57 ] En otro estudio, una proteína fusionada con TAT se administró a las mitocondrias de células de cáncer de mama y disminuyó la supervivencia de estas células, lo que demostró la capacidad de las proteínas de fusión con TAT para modular la función mitocondrial y la supervivencia celular. Además, cR10, un CPP de poliarginina cíclica, permitió la transducción independiente de endocitosis de proteínas de unión a antígenos a través de la membrana celular con biodisponibilidad inmediata. De este modo, los autores del estudio lograron introducir proteínas fluorescentes de unión a antígenos en las células, facilitando la inmunotinción en células vivas. [ 58 ] Sin embargo, pocos estudios in vivo han tenido éxito. En un estudio, la administración in vivo de fragmentos Fab reticulados con TAT o penetratina produjo distribuciones orgánicas variadas y un aumento general en la retención en los órganos, lo que demostró la localización tisular. [ 59 ]

También se ha desarrollado un método no covalente que forma complejos CPP/proteína para superar las limitaciones de los métodos covalentes, como la modificación química previa al entrecruzamiento y la desnaturalización de las proteínas antes de su administración. En un estudio, un péptido portador anfipático corto, Pep-1, y complejos proteicos demostraron ser eficaces para la administración. Se demostró que Pep-1 podía facilitar la rápida captación celular de diversos péptidos, proteínas e incluso anticuerpos completos con alta eficiencia y menor toxicidad. Este enfoque ha simplificado enormemente la formulación de reactivos. [ 60 ]

Transporte de agentes de contraste

Un sustrato mejorado para CPP que minimiza los efectos de la proteólisis.
Control del plegamiento de CPP mediante aminoácidos cíclicos β, δ no naturales

Los CPP encontraron aplicaciones como transportadores de agentes de contraste a través de las membranas plasmáticas. Estos agentes de contraste pueden marcar las células tumorales, lo que convierte a los compuestos en herramientas importantes en el diagnóstico del cáncer; también se utilizan en experimentos celulares in vivo e in vitro . Las clases más importantes de CPP se aíslan de virus, como TAT (transactivated-transcription) derivado del VIH-1, penetratin y transportan. Los CPP más utilizados se basan en derivados de TAT. TAT es un CPP rico en arginina. Varias mejoras para este sustrato incluyen el uso de aminoácidos β o γ no naturales. Esta estrategia ofrece múltiples ventajas, como resistencia a la degradación proteolítica, un proceso de degradación natural por el cual los enlaces peptídicos se hidrolizan a aminoácidos. La inserción de ácido no natural en la cadena peptídica tiene múltiples ventajas. Facilita la formación de foldámeros estables con una estructura secundaria distinta. [ 61 ] [ 62 ] [ 63 ] Los β-péptidos son conformacionalmente más estables en solución acuosa que los péptidos que ocurren naturalmente, especialmente para cadenas cortas. La estructura secundaria se refuerza por la presencia de un β-aminoácido rígido, que contiene fragmentos de ciclohexano o ciclopentano. Estos fragmentos generan una estructura más rígida e influyen en el ángulo de apertura del foldámero. Estas características son importantes para el diseño de nuevos péptidos. Los β-péptidos helicoidales imitan las actividades antimicrobianas de los péptidos de defensa del huésped. [ 64 ] [ 65 ] [ 66 ] Esta característica requiere la orientación de residuos catiónicos-hidrofílicos en un lado, y residuos hidrofóbicos en el otro lado de la hélice. La unión de un grupo fluorescente en una cabeza de la molécula confiere propiedades de contraste. Una nueva estrategia para mejorar la capacidad de captación celular de CPP se basa en la asociación de dominios policatiónicos y polianiónicos que están separados por un enlazador. La asociación celular de residuos policatiónicos (poliarginina) con células de membrana cargadas negativamente se bloquea eficazmente por la presencia de un residuo polianiónico (ácido poliglutámico) y un enlazador, que confieren la distancia adecuada entre estos dos residuos cargados para maximizar su interacción. Estos péptidos adoptan una estructura de horquilla, confirmada por la correlación del efecto Overhauser para las proximidades protón-protón de las dos fracciones cargadas. En esta etapa, solo el enlazador está expuesto a la hidrólisis por proteasas in vivo.aplicaciones. La hidrólisis del enlazador ocurre y los dos fragmentos cargados experimentan mayor libertad conformacional. En ausencia del enlazador, el péptido catiónico puede interactuar de manera más eficiente con la célula diana y la captación celular ocurre antes de la proteólisis. Esta estrategia encontró aplicaciones en el marcaje de células tumorales in vivo . Las células tumorales se marcaron en minutos. La degradación del enlazador se puede predecir por la cantidad de D-aminoácidos (el isómero no natural) incorporados en la cadena peptídica, lo que restringe la proteólisis in vivo al enlazador central. [ 67 ] [ 68 ] [ 69 ] [ 70 ]

Agentes de contraste como moléculas de carga

Puntos cuánticos
Aplicaciones de los puntos cuánticos como marcador celular

Los puntos cuánticos (QD) representan una clase relativamente nueva de sondas fluorescentes con propiedades ópticas superiores a las de los colorantes orgánicos clásicos basados ​​en grupos fluorescentes. Las principales ventajas de los QD incluyen altos rendimientos cuánticos, amplios espectros de absorción, espectros de emisión ajustables según el tamaño y buena resistencia a la degradación química y fotoquímica. Pruebas in vivo han demostrado que varios péptidos con carga positiva (basados ​​en residuos de guanidina) pueden atravesar las membranas celulares y promover la captación celular de moléculas unidas, incluidos los puntos cuánticos. Las propiedades de los QD se pueden modificar fácilmente cambiando los sustratos orgánicos a los que están unidos, lo que los convierte en una herramienta biológica versátil como marcadores celulares. Se están realizando investigaciones para optimizar las metodologías de administración intracelular de QD y bioconjugados de QD, así como para caracterizar sus propiedades fotofísicas in vivo a largo plazo. [ 71 ] [ 72 ] [ 73 ] [ 74 ] [ 75 ]

Los puntos cuánticos son nanocristales coloidales, basados ​​en un núcleo de cadmio-selenio (CdSe) recubierto con una capa de zinc-azufre (ZnS). Este sustrato se ha utilizado intensivamente como marcador celular, ya que el CdSe emite en el rango visible y es un excelente agente de contraste, mientras que la capa de ZnS protege el núcleo de la oxidación y de la lixiviación de CdSe en la solución circundante. Esta estrategia también mejora el rendimiento de la fotoluminiscencia. Las propiedades se pueden ajustar mediante el grosor de las capas protectoras de ZnS. La emisión de los puntos cuánticos coloidales se puede modular desde el UV-Vis hasta el infrarrojo mediante el uso de diferentes tipos de agentes de recubrimiento, como ZnS, CdS, ZnSe, CdTe y PbSe. Las propiedades de los puntos cuánticos también se pueden ajustar mediante el método de síntesis y las mezclas de disolventes/ligandos a alta temperatura, que influyen en las propiedades del nanocristal. Los agentes de contraste de puntos cuánticos de alta calidad se obtienen a temperaturas elevadas; sin embargo, debido a su menor solubilidad en agua, su uso como marcadores celulares es limitado. Se requiere una funcionalización adicional con ligandos hidrofílicos. [ 76 ] [ 73 ]

Las ventajas de los puntos cuánticos (QD) radican en su rápida acción; son capaces de marcar un tejido o célula diana en segundos. Estudios in vivo demuestran que los QD pueden marcar selectivamente células cancerosas y se acumulan en los sitios tumorales. Las células tumorales marcadas con QD pueden rastrearse mediante microscopía multifotónica a medida que invaden el tejido pulmonar. En ambos estudios, la imagen espectral y la sustracción de autofluorescencia permitieron la visualización multicolor in vivo de células y tejidos. Una desventaja importante de los QD es su toxicidad relativamente alta. Se están desarrollando funcionalizaciones con diferentes sustratos que aumentan la bioafinidad y disminuyen la toxicidad. Por ejemplo, el azufre de la capa de los QD puede formar enlaces disulfuro reversibles con una amplia gama de compuestos orgánicos. [ 77 ]

imágenes por resonancia magnética

Ejemplos de quelatos metálicos introducidos con éxito en células

La resonancia magnética (RM) es una herramienta poderosa para el diagnóstico de enfermedades como la metástasis del cáncer y la inflamación, mediante el uso de diferentes quelatos metálicos . Los quelatos metálicos aumentan la señal de contraste entre los tejidos normales y enfermos al catalizar la relajación de los protones del agua en sus proximidades. Ejemplos típicos son los quelatos de bajo peso molecular de Gd3+ y el óxido de hierro superparamagnético (SPIO). La administración in vivo de estos agentes permite el marcaje de células tumorales; o bien, las células pueden marcarse in vitro con agentes de contraste y luego inyectarse y monitorizarse in vivo mediante técnicas de RM. [ 78 ] [ 79 ] [ 80 ]

Las nanopartículas de SPIO confieren alta sensibilidad en la resonancia magnética, pero tienen menor afinidad por las células; funcionan a altas concentraciones. Las funcionalizaciones de estos compuestos mediante guanidinas dendriméricas mostraron actividades similares a las de los CPP basados ​​en TAT, pero mayor toxicidad. Los nuevos sustratos basados ​​en dendrones con periferias de hidroxilo o amina muestran baja toxicidad. Las aplicaciones de SPIO incluyen el marcaje celular in vivo ; debido a su baja toxicidad, están clínicamente aprobadas para su uso en imágenes de hígado , bazo y tracto gastrointestinal. [ 81 ]

La presencia de residuos de arginina octamérica permite la transducción a través de la membrana celular de diversas moléculas de carga, incluyendo péptidos, ADN, siRNA y agentes de contraste. Sin embargo, la capacidad de atravesar la membrana no es unidireccional; los CPP basados ​​en arginina pueden entrar y salir de la membrana celular, mostrando una concentración general decreciente del agente de contraste y una disminución de la señal de resonancia magnética (RM) con el tiempo. Esto limita su aplicación in vivo . Para resolver este problema, los agentes de contraste con enlaces disulfuro, enlaces reversibles entre el quelato metálico y la porción de transducción, mejoran la retención asociada a la célula. El enlace disulfuro se reduce por el entorno de la célula diana y el quelato metálico permanece atrapado en el citoplasma, aumentando el tiempo de retención del quelato en la célula diana. [ 82 ] [ 83 ] [ 84 ] [ 85 ]

Referencias

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