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La evaluación rápida y precisa de la sensibilidad a los fármacos es fundamental para optimizar la quimioterapia y mejorar los resultados de los pacientes. Sin embargo, las pruebas convencionales de quimiosensibilidad suelen ser lentas, requieren grandes volúmenes de muestra y tienen dificultades para manejar muestras biológicas complejas.

Un estudio publicado en Biosensors and Bioelectronics, liderado por el Prof. WANG Hongzhi del Instituto de Ciencias Físicas de Hefei de la Academia China de Ciencias, ha desarrollado un biosensor de anillo plasmónico programable, MetaRing, capaz de identificar de forma rápida y precisa la sensibilidad al paclitaxel en pacientes con cáncer de mama.

Los investigadores diseñaron el biosensor MetaRing basándose en el efecto de «anillo de café». Mediante el control cuidadoso de la concentración de nanopartículas y la temperatura de evaporación, la plataforma de biosensado MetaRing logró un ensamblaje determinista de nanopartículas, formando estructuras jerárquicas con nanoespacios densos y estables. Este diseño mejoró la estabilidad y robustez de la detección en una variedad de entornos biológicos, incluyendo agua, soluciones tampón, medios ricos en proteínas y lisados celulares complejos.

Además, esta plataforma integró la espectroscopía Raman potenciada por superficie para capturar «huellas dactilares» moleculares con alta sensibilidad, permitiendo la rápida adquisición de espectros metabólicos que reflejan las respuestas de las células tumorales al paclitaxel. Este diseño requirió solo cantidades mínimas de muestras biológicas y eliminó la necesidad de etiquetado o expansión de cultivos celulares.

Los resultados experimentales demostraron que MetaRing podía identificar de forma fiable las firmas de sensibilidad al paclitaxel en líneas celulares de cáncer de mama resistentes a los fármacos, modelos de xenoinjerto y tejidos de biopsia derivados de pacientes. Cuando se combinó con una red neuronal convolucional unidimensional ligera, el sistema integrado MetaRing-IA completó las evaluaciones de sensibilidad a los fármacos en menos de 10 minutos, logrando una precisión de clasificación superior al 92% en cohortes clínicas.

Este estudio proporciona una estrategia práctica para evaluar rápidamente la sensibilidad al paclitaxel, apoyando la quimioterapia personalizada y abordando los desafíos planteados por la variabilidad interpaciente y la heterogeneidad tumoral, con un fuerte potencial de traslación clínica.

Las mitocondrias, conocidas como las «centrales energéticas» de las células, son fundamentales para la salud humana. La disfunción de estos orgánulos subyace a una variedad de enfermedades importantes, incluyendo trastornos neurodegenerativos, diabetes, enfermedades hepáticas, afecciones oftálmicas y el envejecimiento. Las enfermedades mitocondriales, una categoría única de trastornos genéticos, pueden derivar de defectos en genes nucleares que codifican proteínas mitocondriales o mutaciones en el ADN mitocondrial (ADNmt).

Más allá del manejo sintomático, el tratamiento eficaz de las enfermedades mitocondriales sigue siendo un desafío global. Si bien el trasplante de mitocondrias –la entrega de mitocondrias sanas para compensar los defectos celulares y reducir la carga de mutaciones del ADNmt– se reconoce ampliamente como una prometedora dirección terapéutica, lograr un trasplante seguro y eficiente ha sido durante mucho tiempo un problema sin resolver.

Para abordar este desafío, un equipo de investigación de los Institutos de Biomedicina y Salud de Guangzhou de la Academia China de las Ciencias ha desarrollado una nueva estrategia. Esta implica encapsular mitocondrias sanas dentro de vesículas derivadas de membranas de glóbulos rojos. Sus hallazgos fueron publicados recientemente en la revista Cell.

Estas «cápsulas mitocondriales», de aproximadamente un micrómetro de diámetro, protegen las mitocondrias durante la entrega y facilitan su entrada eficiente en las células diana, logrando una eficiencia de trasplante estimada del 80% en células cultivadas. Las mitocondrias donantes luego se fusionan con la red mitocondrial endógena de la célula receptora, asegurando la supervivencia a largo plazo y la integridad funcional.

El equipo validó el enfoque utilizando tres modelos celulares clásicos con defectos mitocondriales: células Rho 0 (que carecen completamente de ADNmt) y células derivadas de pacientes que portan deleciones o mutaciones puntuales en el ADNmt. Los resultados mostraron que las mitocondrias sanas trasplantadas se integraron con éxito en la red mitocondrial endógena en todos los modelos.

El tratamiento con las mitocondrias encapsuladas compensó la pérdida, deleción o mutación del ADNmt, rescatando así los defectos bioenergéticos y bioquímicos asociados en células derivadas de pacientes con trastornos mitocondriales.

Además, los investigadores evaluaron el potencial terapéutico del trasplante de cápsulas mitocondriales in vivo utilizando modelos murinos y de primates. En ratones Ndufs4 knockout –un modelo del síndrome de Leigh, un trastorno mitocondrial grave–, el trasplante de cápsulas mitocondriales mejoró significativamente el rendimiento motor y prolongó la supervivencia. En ratones Dguok knockout, que recapitulan el síndrome de depleción del ADN mitocondrial, el tratamiento restauró el número de copias de ADNmt en los hepatocitos y alivió la disfunción hepática.

Asimismo, en un modelo de ratón inducido farmacológicamente de la enfermedad de Parkinson, las cápsulas mitocondriales rescataron la pérdida neuronal, mejoraron las habilidades motoras y restauraron la función mitocondrial en las regiones cerebrales afectadas.

Este estudio demuestra el potencial de las cápsulas mitocondriales como tratamiento para los trastornos mitocondriales y propone una estrategia de «terapia orgánica» para la medicina regenerativa.