Un nou curent inovator de cercetare marchează începutul unei noi ere în nanomedicină. Cu ajutorul inteligenţei artificiale (AI) şi a designului atomic, oamenii de ştiinţă îşi propun să creeze terapii mai inteligente şi mai eficiente. De la cancer la boli neurodegenerative, aceştia propun o abordare fără precedent: gestionarea riguroasă a arhitecturii nanoterapiilor pentru a obţine tratamente mai eficiente şi mai sigure.
O revoluţie ştiinţifică este în plină desfăşurare, pe măsură ce oamenii de ştiinţă încearcă să aducă precizia de nivel atomic în domeniul nanomedicinei, specifică până acum doar medicamentelor cu molecule mici.
Prin controlul strict al structurii terapiilor la scară moleculară, oamenii de ştiinţă pot crea vaccinuri şi tratamente mai eficiente pentru cancer, infecţii şi boli autoimune.
Abordarea este diferită de cea tradiţională în dezvoltarea vaccinurilor, bazată pe „încercare şi eroare". Astfel, cercetătorii au testat metode structurale mai sofisticate, cu un design de precizie, personalizat şi controlat la nivel molecular, ilustrate de inovaţii precum acizii nucleici sferici (SNA) şi platformele nanoterapeutice sensibile la mediul tumoral, care activează eliberarea controlată a substanţelor chimioterapice.
Aceste progrese, ghidate de AI, transformă profund modul în care sunt dezvoltate nanomedicamentele.
De zeci de ani, majoritatea medicamentelor farmaceutice sunt create cu o precizie atomică extremă. Plasarea exactă a fiecărui atom într-o moleculă poate determina cât de eficient şi sigur este un medicament. De exemplu, ibuprofenul are o formă moleculară care ameliorează durerea, în timp ce imaginea sa în oglindă nu are niciun efect.
Acum, cercetătorii de la Northwestern University şi Mass General Brigham consideră că acelaşi nivel de precizie ar trebui aplicat unei noi generaţii de nanomedicamente, create pentru a aborda unele dintre cele mai grave boli.
Spre deosebire de medicamentele tradiţionale, nanomedicamentele actuale, cum ar fi vaccinurile cu ARN mesager (ARNm), variază considerabil de la o particulă la alta, ceea ce afectează consistenţa şi eficacitatea acestor terapii.
Viitorul vaccinurilor şi al medicamentelor
Pentru a schimba această situaţie, cercetătorii dezvoltă metode de control mai precis al structurii nanomedicamentelor.
Această abordare le permite să ajusteze modul în care terapiile interacţionează cu organismul, ceea ce ar putea conduce la vaccinuri mai eficiente şi tratamente ţintite pentru cancer, boli infecţioase, afecţiuni neurodegenerative şi tulburări autoimune.
Un studiu care oferă o perspectivă asupra acestei schimbări de paradigmă în designul medicamentelor a fost publicat săptămâna aceasta în revista Nature Reviews Bioengineering.
Acizi nucleici sferici (SNA)
SNA sunt forme sferice de ADN care pot pătrunde uşor în celule şi se pot lega de ţinte specifice.
Mai eficiente decât ADN-ul liniar cu aceeaşi secvenţă, SNA au demonstrat potenţial semnificativ în reglarea genelor, editarea genetică, livrarea de medicamente şi dezvoltarea de vaccinuri, şi chiar au vindecat forme mortale de cancer de piele în anumite contexte clinice.
Moştenirea moleculelor mici întâlneşte nanotehnologia
„Istoric, majoritatea medicamentelor erau molecule mici”, a explicat Chad A. Mirkin de la Northwestern, coautor al studiului.
„În acest context, era esenţial să controlezi plasarea fiecărui atom şi legătură chimică. Dacă un element era greşit, întregul medicament putea fi ineficient. Acum, trebuie să aplicăm acelaşi control riguros şi în nanomedicină, care reprezintă o schimbare majoră în dezvoltarea terapeutică”, spune cercetătorul.
Prof. Mirkin, pionier în nanomedicină, este specialist în chimie, inginerie chimică şi biologică, inginerie biomedicală, ştiinţa materialelor şi medicină la Northwestern University şi director fondator al International Institute for Nanotechnology (IIN). El colaborează cu alţi lideri în domeniul nanomedicinei structurale de la Mass General Brigham şi Harvard.
Regândirea abordării vaccinurilor
În abordările convenţionale, vaccinurile sunt obţinute prin simpla amestecare a componentelor esenţiale. În imunoterapiile clasice împotriva cancerului, de exemplu, antigenele tumorale şi substanţe adjuvante sunt combinate într-un cocktail şi injectate pacientului.
Prof. Mirkin numeşte această metodă o „abordare în care componentele sunt complet nestructurate”. În contrast, nanomedicamentele structurale organizează antigenele şi adjuvanţii la scară nano, ceea ce le creşte eficacitatea şi reduce efectele secundare.
Cu toate acestea, chiar şi aceste nanomedicamente rămân imprecise la nivel molecular. „Nici măcar două medicamente dintr-un lot nu sunt identice”, spune prof. Mirkin.
Pentru a remedia această problemă, oamenii de ştiinţă susţin dezvoltarea de nanomedicamente structurale extrem de bine definite, în care componentele terapeutice sunt aranjate spaţial într-un mod controlat.
Prin controlul designului la nivel atomic, se pot integra multiple funcţionalităţi într-un singur medicament şi se poate declanşa eliberarea specifică în celule ţintă.
Studii de caz: SNA, platformele nanoterapeutice din chimioterapie şi megamolecule
Autorii citează trei exemple inovatoare de nanomedicamente structurale: acizii nucleici sferici (SNA), platformele nanoterapeutice şi megamoleculele.
SNA au fost deja folosite pentru tratarea unor forme de cancer de piele, incurabile prin alte metode. Platformele nanoterapeutice sunt nanostructuri inteligente care eliberează medicamentele chimioterapice doar ca răspuns la semnale din celulele canceroase.
Megamoleculele, inventate de prof. Mrksich, sunt structuri proteice asamblate precis care imită anticorpii.
„Folosind semnale specifice de la ţesuturi şi celule bolnave, nanomedicamentele de nouă generaţie pot realiza o eliberare localizată şi temporizată a medicamentelor”, notează autorii.
Această precizie este esenţială mai ales pentru combinaţiile de terapii, unde coordonarea livrării mai multor agenţi poate creşte dramatic eficacitatea tratamentului şi reduce toxicitatea sistemică, spun cercetătorii.
Inteligenţa artificială: catalizatorul optimizării structurale
În viitor, vor trebui depăşite provocările privind problemele asociate cu producerea la scară industrială, reproductibilitatea şi integrarea agenţilor terapeutici multipli.
Autorii subliniază rolul din ce în ce mai important al inteligenţei artificiale în optimizarea parametrilor de design şi livrare a moleculelor terapeutice.
„Atunci când proiectăm structuri, există zeci de mii de posibilităţi de aranjare a componentelor pe nanomedicamente”, explică prof. Mirkin.
Cu ajutorul AI, cercetătorii pot restrânge seturi uriaşe de structuri neexplorate la doar câteva opţiuni pe care să le sintetizeze şi să le testeze. Astfel se pot crea medicamente mai eficiente, cu riscuri scăzute de efecte secundare.
„Suntem la începutul unei noi ere în nanomedicină”, concluzionează profesorul.
