Los ingenieros del MIT han diseñado un nuevo tipo de nanopartículas que pueden de forma segura y efectiva servir para vacunas contra enfermedades como el VIH y la malaria.

Las nuevas partículas consisten en esferas concéntricas que pueden llevar a versiones sintéticas de proteínas normalmente producidas por un virus. Estas partículas sintéticas provocan una respuesta inmune fuerte, comparable a la producidas por vacunas de virus vivos, pero mucho más seguras, dice Darrell Irvine, autor principal del artículo y profesor asociado de ciencias de los materiales y la ingeniería biológica.

Estas partículas podrían ayudar a los científicos a desarrollar vacunas contra el cáncer así como enfermedades infecciosas. En colaboración con científicos en el Walter Reed Army Institute of Research, Irvine, sus estudiantes están poniendo a prueba la capacidad de las nanopartículas para ofrecer una vacuna experimental contra la malaria en ratones.

Las vacunas protegen al organismo mediante su exposición a un agente infeccioso que prepara al sistema inmunológico para responder rápidamente cuando se encuentra con el agente patógeno nuevo. En muchos casos, como con las vacunas contra la polio y la viruela, se utiliza una forma del virus muerta o con discapacidad. Otras vacunas, como la vacuna contra la difteria, consisten en una versión sintética de una proteína u otra molécula similar al patógeno.

En el diseño de una vacuna, los científicos tratan de provocar al menos uno de los dos jugadores más importantes del cuerpo humano en la respuesta inmune: los linfocitos T, que atacan las células del cuerpo que han sido infectados con un patógeno, o células B, que secretan anticuerpos.

Respecto a las enfermedades en las que el patógeno tiende a permanecer dentro de las células, tales como el VIH, una fuerte respuesta de un tipo de células T conocidas como “asesinas” de las células T se requiere. La mejor manera de provocar estas células en acción es el uso de un virus muerto o incapacitado, pero eso no se puede hacer con el VIH, porque es difícil hacer que el virus sea inofensivo.

Para evitar el peligro del uso de virus vivos, los científicos están trabajando en vacunas sintéticas para el VIH y otras infecciones virales como la hepatitis B. Sin embargo, estas vacunas, mientras más seguras son, no provocan una respuesta de células T muy fuerte. Recientemente, los científicos han tratado de encajonar las vacunas en gotas de grasa llamadas liposomas, que podrían ayudar a promover respuestas de células T por un embalaje de la proteína en una partícula similar al virus. Sin embargo, estos liposomas tienen escasa estabilidad en la sangre y fluidos corporales.

Los científicos del MIT decidieron construir una nueva solución, siguiendo el enfoque de liposomas, pero reemplazando las gotas por un embalaje formado de muchas gotitas juntas en esferas concéntricas. Una vez que los liposomas se fusionan, se crea una estructura más estable, y que tiene menos chances de descomponerse después de la inyección. Sin embargo, una vez que las nanopartículas son absorbidas por una célula, se degradan rápidamente, liberando la vacuna y provocando una respuesta de células T.

Además de los estudios de malaria con los científicos en el Walter Reed, también se está trabajando en el desarrollo de nanopartículas para entregar vacunas contra el cáncer y vacunas contra el VIH. La traducción de este enfoque con el VIH se está haciendo en colaboración con colegas del Instituto Ragon del MIT, Harvard y el Massachusetts General Hospital. El instituto, que financió este estudio, junto con la Fundación Gates, el Departamento de Defensa y los Institutos Nacionales de Salud de Estados Unidos, que se inició en 2009 con el objetivo de desarrollar una vacuna contra el VIH.

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Mientras el VIH y el SIDA han existido, ha habido una pequeña minoría que han contraído el virus, pero no la enfermedad. Sus cuerpos tienen de alguna manera el poder de controlar el VIH, lo que hace que sean menos contagiosos e inmune a los síntomas del SIDA, a veces para siempre. Un nuevo estudio del genoma de casi 1.000 de estas personas, conocidas como “controladores del VIH,” ha encontrado la razón genética detrás de esto.

Los investigadores examinaron el ADN de 974 de estos controladores y, mediante la realización de un análisis de asociación del genoma completo, en comparación con el ADN de 2.648 pacientes cuya enfermedad ha progresado.

“De los tres mil millones de nucleótidos en el genoma humano, realmente se reduce a un puñado que se relacionan con una función específica del sistema inmune que hace la diferencia”, dice Bruce Walker , un virólogo del Hospital General de Massachusetts, y uno de los dos investigadores principales del estudio, publicado hoy en Internet por la revista Science.

Estos nucleótidos, o trozos de material genético, están situados en una región genómica que codifica las proteínas necesarias para la inmunidad, un lugar obvio que había sido considerado antes por los investigadores. Pero debido a que prácticamente todas las diferencias encontradas entre los controladores del VIH y aquellos cuya enfermedad había progresado se encontraron en este área, los científicos pueden ahora orientar mejor su trabajo de investigación.

El estudio identificó las diferencias en una región del cromosoma 6, donde se encuentran los genes que controlan una parte clave del sistema inmune llamada el antígeno leucocitario humano, que es una molécula en la superficie de una célula. Cuando esa molécula tiene un poco de un virus, emite una señal a otras células advirtiendo que la célula está infectada y debe ser destruida.

Esto nos da una visión muy importante en el tipo de reacciones que se producen durante la respuesta inmune que llevan a control de alto nivel de VIH, si tuviésemos una vacuna que haría de todos un controlador que sería algo espectacular, algo obvio, pero que los científicos como Warner Greene , director del Instituto Gladstone de Virología e Inmunología de la Universidad de California en San Francisco, quieren destacar en base a este estuido.

Aproximadamente uno de cada 300 personas que dan positivo para el VIH son controladores, y el sistema inmunológico de estas personas mantienen menos de 2.000 copias de ARN del virus por mililitro de plasma sanguíneo. La mayoría de las personas con VIH tienen una carga viral de cientos de miles a cinco millones de copias por mililitro, dependiendo de la etapa de la infección.

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El físico Tanmoy Bhattacharya y el investigador especializado en el HIV Bette Korber están creando un árbol genético evolutivo basado en muestras tomadas por el Center for HIV/AIDS Vaccine Immunology, con el fin de comparar la historia de la evolución de más de 10.000 secuencias de más de 400 personas con el virus del SIDA .

Si pueden identificar características comunes de los virus que se transmiten, los investigadores podrían ser capaces de crear una vacuna que reconozca el virus antes de que el sistema inmunológico del cuerpo se vea afectado.

Roadrunner, desarrollado por IBM para el Departamento de Energía, y ocupando unos 6.000 metros cuadrados en el Laboratorio Nacional Los Álamos en Nuevo México, es la primer computadora en romper la barrera del petaflop, es decir que realizó más de un millón de millones de cálculos por segundo.

El superordenador les da a los investigadores la capacidad de buscar similitudes entre toda la población de pacientes agudos. En esta escala, pueden empezar a entender la relación entre las infecciones crónicas y agudas a partir de estadísticas determinar las ramas de interconexión, y son en estas interconexiones, donde una vacuna especialmente diseñada podría ser más eficaz.

Además de ayudar a mapear el árbol genético del VIH, Roadrunner también acaba de simular el Big Bang, en un intento de comprender mejor la materia oscura, el cálculo de la física detrás de 64 mil millones proto-galaxias, cada una del tamaño de un mil millones de soles, es una tarea que sin dudas requiere una potencia de cálculo fenomenal.

Y algo para tener en cuenta sobre la importancia de estos estudios, es que, en el ejemplo anterior los resultados de Roadrunner predijo cinco veces más materia oscura de la que que los astrónomos han observado hasta ahora.

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