El objetivo es crear nanopartículas de proteínas útiles para detectar antes el cáncer y acelerar el desarrollo de fármacos más efectivos y con menos efectos secundarios
Las proteínas son moléculas complejas que realizan funciones cruciales en el organismo. Conocerlas es esencial para comprender e intentar curar enfermedades: si se conoce la estructura tridimensional de una proteína implicada en cáncer, por ejemplo, se puede intentar diseñar una molécula capaz de modificar esa proteína para tratarlo.
El Grupo de Diseño Biomolecular y Nanomedicina Estructural se acaba de incorporar al Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO) con el objetivo de avanzar en este tipo de estrategias mediante el uso de ‘proteínas sintéticas’. Roger Castells-Graells, líder del grupo, explica que utilizan “la inteligencia artificial para diseñar nanopartículas formadas por proteínas sintéticas, moléculas que imitan la forma y estructura de las proteínas naturales y a las que se da una funcionalidad específica”.
En su equipo, integrado por Laura Pérez-Chirinos y Pablo San Segundo, diseñan las nanopartículas con herramientas computacionales y después validan su funcionalidad biológica experimentalmente en el laboratorio. Sus nanopartículas se aplican a la visualización de procesos biológicos, al diagnóstico y al desarrollo de fármacos.
Tanto Graells como Pérez-Chirinos y San Segundo se han incorporado al CNIO contratados como parte del programa Construyendo la Generación IA, dentro de la iniciativa Generación D, impulsada por Red.es.
Etiquetas microscópicas para visibilizar moléculas
Algunas proteínas implicadas en procesos tumorales son tan pequeñas que resultan indetectables incluso para las técnicas más avanzadas, como la criomicroscopía electrónica, que permite observar moléculas a altísima resolución. “Nosotros hemos desarrollado nanopartículas que se unen, como etiquetas, a determinadas proteínas pequeñas, y las marcan para hacerlas detectables”, afirma Castells-Graells.
Visualizar su presencia en tejidos u órganos puede ayudar a detectar cambios propios de un tumor, lo que puede contribuir a adelantar el diagnóstico de ciertos cánceres.
Evaluación y desarrollo de posibles fármacos
Esas ‘etiquetas moleculares’ pueden también acelerar el desarrollo de fármacos. Un trabajo anterior de Castells-Graells, publicado en la prestigiosa revista científica PNAS, creó una de esas nanopartículas de forma que se adhiriera a la proteína KRAS –involucrada en el 25% de los cánceres– mientras interactuaba con un fármaco específico. La nanopartícula permitía así estudiar qué partes de KRAS se unen al compuesto; esto es esencial cuando se busca comprender el mecanismo de acción de un fármaco, para intentar hacerlo más efectivo.
“Esta nanopartícula ha despertado el interés de las farmacéuticas, porque nos permite analizar muchas moléculas candidatas a fármacos en menos tiempo. Un estudio que antes podía llevar años, ahora lo hacemos en semanas”, asegura Castells-Graells.
Su intención es diseñar marcadores que permitan detectar proteínas en células vivas. “Nuestro objetivo a largo plazo es que esta tecnología llegue a aplicarse en muestras de tumores de pacientes”, explica Castells-Graells.
Música, botánica, investigación en cáncer
“Cuando surgió la oportunidad de venir al CNIO para mí fue una opción muy clara”, recuerda el biotecnólogo, procedente de la Universidad de California en Los Angeles (EE. UU.). “El CNIO lidera la investigación internacional en diversos tipos de cáncer, con muchos grupos con que establecer sinergias para desarrollar y probar nuestras tecnologías. Óscar Llorca, director del Programa de Biología Estructural del CNIO, es un referente para estudiar proteínas mediante microscopía electrónica”.
Roger Castells-Graells (Sabadell, 1993) estudió Biotecnología en la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB), con estancias de investigación en Zurich (Suiza) y Munich (Alemania). Compaginó esa carrera con el grado profesional de Música con especialidad de oboe y saxofón. Tras graduarse, sus intereses por la biología molecular y la botánica le llevaron a realizar un doctorado en Bioquímica en el John Innes Centre de Norwich (Reino Unido), un centro de investigación de referencia internacional en el estudio de plantas y microorganismos.
De los virus de plantas, a nanopartículas para biomedicina
Mientras investigaba virus de plantas durante su doctorado, empezó a trabajar con nanopartículas de proteínas, y se preguntó: “¿podríamos diseñar nuevas nanopartículas inspirándonos en la estructura de los virus de plantas, para desarrollar tratamientos? Estaríamos aplicando lo que aprendemos de esos virus a algo útil para los humanos”, relata.
En esa época escuchó al investigador de la Universidad de California en Los Ángeles (UCLA), Todd Yeates hablar de sus métodos computacionales para el diseño de proteínas. Por eso, Castells-Graells se incorporó al laboratorio de Yeates, para realizar su postdoctorado. Allí amplió su formación en inteligencia artificial, biofísica y biología computacional, lo que le permitió diseñar nanopartículas para aplicarlas al estudio del cáncer.
Asegura que “tanto la visión interdisciplinar que he ido adquiriendo en las distintas fases de mi carrera, como la internacionalización, resultan fundamentales para mi trabajo en el CNIO. Mi objetivo aquí es integrar todas esas herramientas para desarrollar soluciones que contribuyan al tratamiento de enfermedades”.
Una oportunidad para la Generación D
El programa Construyendo la Generación IA, que ha hecho posible el regreso a España de Castells-Graells y la contratación de su equipo, se enmarca en la iniciativa Generación D, impulsada por Red.es, entidad adscrita al Ministerio para la Transformación Digital y de la Función Pública a través de la Secretaría de Estado de Digitalización e Inteligencia Artificial.
Con un presupuesto de 120 millones de euros, el programa Construyendo la Generación IA ha propiciado 374 contratos con personal investigador en inteligencia artificial y transformación digital en todos los ámbitos científicos y de investigación. Las actuaciones están financiadas por el Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia a través de los fondos Next Generation de la Unión Europea, en el marco de la inversión 4 del Componente 19, Plan Nacional de Competencias Digitales.
