De la ducha al mar: debemos tomar conciencia de los peligros de los microplásticos

La contaminación debida a los plásticos se ha convertido en un importante problema global que está causando un daño medioambiental irreversible. Las partículas de microplásticos, fragmentos de plásticos de entre 1 μm y 5 mm, son unos contaminantes cada vez más abundantes que están generando una gran preocupación. Un informe de 2022 de la Organización Mundial de la Salud (OMS) sobre la exposición a los microplásticos pone de relieve la ubicuidad de estas partículas, que se han detectado en los mares, el aire, el suelo y los alimentos y bebidas.

Los microplásticos pueden proceder de fuentes primarias o secundarias. Los microplásticos primarios tienen un tamaño inferior a 5 mm y entre sus fuentes se incluyen las microesferas de los cosméticos y los productos de limpieza y las microfibras de los tejidos sintéticos. Los microplásticos secundarios se producen por la rotura de partículas de plástico de mayor tamaño y son más heterogéneos en cuanto a tamaño y composición. Entre los ejemplos de microplásticos secundarios se incluyen los restos de las llantas de los vehículos, las partículas liberadas por la pintura, las marcas viales, los revestimientos marinos y las microfibras.

Analizar las fuentes, la creación y el destino de los microplásticos es importante para entender por qué abundan tanto en el medioambiente (figura 1). La aplicación de una metodología de ciclo de vida útil a los plásticos permite identificar sus principales focos tanto en el sistema de producción como en el de consumo y ponderar el impacto potencial que los productos de plástico tienen en cada fase para:

• El clima
• Los ecosistemas
• La salud
• La economía

Los microplásticos pueden llegar al interior de los organismos por ingestión, inhalación o exposición de la piel. Se cree que los microplásticos y las sustancias químicas y los aditivos asociados a ellos tienen numerosos efectos negativos en nuestra salud en áreas como las enfermedades inflamatorias crónicas y el cáncer. Las pruebas del efecto de los microplásticos en la vida marina van desde la disminución de la alimentación y la fotosíntesis a la reducción de la reproducción. Los microplásticos pueden, incluso, transportar compuestos y metales tóxicos que pueden agravar sus efectos perjudiciales.

La alarma se ha activado al fin. Ha llegado la hora de tomar conciencia de las amenazas relacionadas con los microplásticos. ¿Se está haciendo lo suficiente para abordar este problema aparentemente insuperable?

Tendencias de publicación de los microplásticos

Un análisis de los datos de CAS Content Collection™ relacionados con los microplásticos, las microfibras y otros temas asociados arrojó un total de casi 9500 artículos. Las principales tendencias en las publicaciones mostraron un aumento por un factor superior a 30 de las publicaciones sobre microplásticos en el periodo de diez años comprendido entre 2011 (n=81) y 2021 (n=2811), mientras que el número de patentes se ha mantenido estable en el mismo periodo (figura 2).

Los datos de CAS revelan que el país que lidera la publicación de bibliografía relacionada con los microplásticos es China, seguida por Estados Unidos, Alemania, Corea del Sur e Italia (figura 3).

Las cinco sustancias principales registradas en la investigación de los microplásticos resultaron ser el homopolímero de etileno (polietileno), el poliestireno, el homopolímero de 1-propileno (polipropileno), el tereftalato de polietileno (PET) y el cloruro de polivinilo (PVC; figura 4). La celulosa fue otra sustancia con una presencia destacada en los resultados, debida, paradójicamente, a su uso como sustituto de los polímeros en aplicaciones como la electrónica, la biomedicina y la eliminación de microplásticos, y a su presencia en el celofán y en las fibras de rayón como microplástico, en forma de celulosa regenerada.

Plantar cara al reto de los microplásticos

Queda en el aire una pregunta: ¿qué se puede hacer para luchar contra los microplasticos en el entorno natural? Entre los métodos propuestos para la eliminación de los microplásticos de los entornos marinos se incluyen el uso de los sistemas de los barcos, los sistemas de recuperación de residuos e incluso los mejillones, cuyas heces, a causa del componente plástico, flotan en la superficie del agua. Sin embargo, los métodos de recogida de agua pueden ser complejos, y las iniciativas dirigidas a eliminar directamente los microplásticos existentes de esta forma han sido limitadas.

Entre las estrategias viables para impedir que los microplásticos lleguen al medioambiente se incluyen el uso de plantas de tratamiento de aguas residuales, los accesorios de lavado de las lavadoras para capturar las microfibras y la alteración de los procesos de fabricación de la ropa para minimizar la fricción o mejorar la integridad mecánica de las prendas.

Entre las palabras clave más frecuentes en relación con la eliminación de los microplásticos en el análisis de las publicaciones de CAS se incluyeron “filtración”, “plantas de tratamiento de aguas residuales (WWTP)” y “biorreactor de membrana (MBR)” (figura 5). Los volúmenes de publicaciones que contenían la mayor parte de las palabras clave crecieron sustancialmente a partir de la mitad de la década de 2010, lo que sugiere que hubo una reacción inmediata al problema, y las iniciativas relacionadas con la eliminación parecieron incrementarse a un ritmo similar a las de la investigación de microplásticos en general.

Probablemente, la estrategia más importante es reducir nuestro uso de plástico en general. La popularidad de alternativas biodegradables o sostenibles, como las barras de champú y las esponjas de bambú, las tiendas sin residuos y las marcas de moda éticas, va en aumento.

La lucha contra la contaminación por microplásticos requerirá una dedicación permanente y esfuerzos concertados entre los científicos, los investigadores, los empresarios, los gobiernos y el público. Entre las barreras que lastran los esfuerzos de eliminación de microplásticos se incluyen los problemas relacionados con los datos existentes, ya que, según la OMS, la calidad de la evidencia disponible no es sólida.

Se debe realizar más investigación de laboratorio y de campo para determinar los verdaderos efectos de los microplásticos en la salud, incluida su contención y eliminación de los tejidos, además de su actividad de unión. Perfeccionar herramientas analíticas que puedan detectar partículas más pequeñas (nanoplásticos) es otra de las principales prioridades.

Aunque los expertos reconocen las miles de formas en que podemos abordar el problema de los microplásticos, la financiación de la eliminación y la falta de rentabilidad de esta actividad son dos obstáculos fundamentales. La ayuda financiera y el impulso a leyes que regulen el uso de los plásticos contribuirán a acelerar el progreso hacia una economía del plástico más sostenible y hacia un futuro más limpio y saludable. Puede leer más sobre este tema en el informe de CAS Insights sobre los microplásticos.

Este panorama detallado de la química orgánica sintética, elaborado en colaboración con la Fundación Nacional para las Ciencias Naturales de China y la Biblioteca Científica Nacional de la Academia China de las Ciencias, fue publicado conjuntamente en Organic Letters y en el Journal of Organic Chemistry. Este artículo revela conexiones ocultas y nuevas oportunidades con la ayuda de la CAS Content Collection. Se eligieron tres áreas de investigación importantes: la catálisis enzimática, la fotocatálisis y la química verde. Este informe ayudará a los investigadores y los responsables de las decisiones a entender el estado actual de la investigación mundial en esta área y a predecir las perspectivas y las aplicaciones que se abren para la síntesis orgánica en el futuro.

A pesar de ser una disciplina consolidada, la química orgánica sintética ha seguido avanzando en la última década con el objetivo de responder a las necesidades de la sociedad en todas las facetas de la vida. Es importante entender la historia de la síntesis orgánica por su relevancia para la química, la tecnología e incluso la humanidad.

Este panorama detallado, elaborado en colaboración con la Biblioteca Científica Nacional de la Academia China de las Ciencias, revela conexiones ocultas y nuevas oportunidades con la ayuda de CAS Content Collection. Partiendo del análisis de las tendencias de publicación y de las revisiones de expertos en distintas materias, se eligieron tres áreas de investigación en auge en el campo de la química orgánica: la catálisis enzimática, la fotocatálisis y la química verde. Este informe ayudará a los investigadores y los responsables de las decisiones a entender el estado actual de la investigación mundial en esta área y a predecir las perspectivas y las aplicaciones que se abren para la síntesis orgánica en el futuro.

Los exosomas son un subconjunto de nanovesículas extracelulares rodeadas por una membrana con una doble capa lipídica que liberan las células como parte de su fisiología normal o cuando se dan ciertas patologías. Desde su descubrimiento en el plasma humano como “polvo de plaquetas”, se ha demostrado que son secretados por la mayoría de las células eucariotas y que participan en una amplia gama de procesos fisiológicos y patológicos.

En las entradas anteriores, ofrecimos una panorámica general de los exosomas y describimos sus posibles usos en la administración de medicamentos y en aplicaciones diagnósticas. En esta tercera y última entrega de la serie, repasaremos el amplio abanico de investigaciones sobre exosomas que se están llevando a cabo en esas áreas y examinaremos los principales avances y las perspectivas futuras de este campo tan dinámico.

Principales actores en la investigación sobre el uso terapéutico de los exosomas

El número de empresas que están utilizando exosomas en tratamientos crece con rapidez, y tanto las que trabajan en el ámbito preclínico como las centradas en el clínico están avanzando en el desarrollo de tratamientos basados ellos. Partiendo de los datos de CAS Content Collection™, la mayor recopilación de conocimiento científico publicado seleccionada por expertos, exploramos las enfermedades en las que estas compañías terapéuticas están centrando sus esfuerzos. Descubrimos que las enfermedades con más presencia en la investigación de los exosomas son el cáncer, las enfermedades neurológicas y neurodegenerativas, las enfermedades pulmonares y la cicatrización de heridas, lo que se traduce en un alto número de candidatos exosómicos en estas áreas (figura 1). Aunque la mayoría de las empresas con plataformas de investigación de exosomas tienen carteras de productos que cubren numerosas áreas terapéuticas (p. ej., VivaZome, Avalon Globocare y Vitti Labs), algunas se especializan en un área concreta, como Kimera Labs, que centra sus esfuerzos en la regeneración de la piel y la cicatrización de heridas.

Un análisis de las empresas que están invirtiendo en la investigación preclínica de los exosomas muestra que Estados Unidos encabeza la clasificación con una amplia selección de productos terapéuticos exosómicos. La empresa biotecnológica californiana Capricor Therapeutics está desarrollando varias plataformas de exosomas, entre las que se incluyen exosomas celulares derivados de la cardiosfera, exosomas manipulados y una vacuna a base de exosomas para la COVID-19. Aunque su plataforma de exosomas se encuentra aún en fase preclínica, han obtenido resultados prometedores en varias indicaciones y se han asociado con otras instituciones académicas para impulsar su investigación de los exosomas.

Xollent Biotech es otro actor clave en la investigación de los exosomas y cuenta con un conjunto diversificado de tratamientos exosómicos. La versatilidad de los exosomas abre la puerta a vías de administración alternativas. Así, se están investigando tratamientos con un parche intravenoso para tratar el infarto de miocardio, un aerosol para la alopecia y una inyección sin aguja para combatir el envejecimiento de la piel. Entre las empresas centradas en los cosméticos se encuentran Exocel Bio y Florica Therapeutics, que están explorando los tratamientos regeneradores con exosomas derivados de células madre con fines estéticos y de prevención del envejecimiento.

Investigación sobre las aplicaciones diagnósticas de los exosomas: progreso actual y direcciones futuras

Como ya se vio en las entradas anteriores de la serie, los exosomas tienen varias propiedades que los convierten en biomarcadores ideales, como su durabilidad, su especificidad y su sensibilidad. Como resultado, el uso de exosomas como biomarcadores y en pruebas diagnósticas es un área de investigación en alza. Aunque la investigación está aún en sus primeras etapas, varias empresas han realizado investigaciones preclínicas sobre los exosomas en esta área, en especial en relación con el cáncer. Destaca el ejemplo de Mercy Bioanalytics y su test Halo para la detección precoz del cáncer, así como las investigaciones del MD Anderson Cancer Center de la Universidad de Texas sobre el uso de exosomas circulantes positivos de glipicano-1 para la detección precoz del cáncer pancreático.

Algunas organizaciones también están optimizando las pruebas diagnósticas en otras áreas terapéuticas. Por ejemplo, una colaboración entre la Harvard Medical School (EE. UU.) y la Facultad de Medicina de Wenzhou (China) está utilizando el análisis iTEARS (análisis de exosomas de lágrimas mediante un sistema de aislamiento rápido), que ha demostrado potencial en el diagnóstico molecular del síndrome del ojo seco y la retinopatía diabética. Las enfermedades neurodegenerativas son también una de las prioridades de los estudios de marcadores exosómicos. Los investigadores del San Francisco Medical Center de la Universidad de California han descubierto un panel de biomarcadores que podrían desempeñar un papel importante en el diagnóstico de la enfermedad de Alzheimer precoz.

Ensayos clínicos sobre tratamientos con exosomas

Actualmente, hay un total de 59 ensayos clínicos de tratamientos con exosomas registrados en https://clinicaltrials.gov. Entre las enfermedades más investigadas en el campo de los tratamientos con exosomas se incluyen las enfermedades pulmonares (11 ensayos clínicos), las infecciones por SARS-CoV-2 (9 ensayos clínicos), el cáncer, las cardiopatías y las enfermedades neurológicas (todas con 4 ensayos clínicos). Los ensayos clínicos destacados asociados a estas enfermedades se enumeran en la tabla 1. Si desea ver una lista más completa de ensayos clínicos de tratamientos, puede consultar nuestro informe sobre exosomas, publicado recientemente en CAS Insights.

Tabla 1. Ensayos clínicos destacados de tratamientos con exosomas

Ensayos clínicos sobre diagnósticos con exosomas

Actualmente, en https://clinicaltrials.gov hay un total de 208 ensayos clínicos de aplicaciones diagnósticas de los exosomas. Más de la mitad de esos ensayos clínicos (108) están relacionados con el uso de exosomas para el diagnóstico del cáncer. Otras enfermedades con una alta representación son las neurológicas (15 ensayos clínicos), las enfermedades cardiovasculares (13 ensayos clínicos) y las enfermedades pulmonares (6 ensayos clínicos). El diagnóstico precoz de estas enfermedades es crucial para mejorar el pronóstico. El elevado número de ensayos clínicos sobre el uso diagnóstico de los exosomas pone de relieve su valor y sus ventajas para el diagnóstico precoz de las enfermedades. La tabla 2 destaca las empresas, los centros médicos y las universidades que participan en ensayos clínicos sobre el uso de exosomas para diagnosticar estas enfermedades. Si desea ver una lista más completa de ensayos clínicos de diagnósticos, puede consultar nuestro informe sobre exosomas, publicado recientemente en CAS Insights.

Tabla 2. Ensayos clínicos destacados sobre diagnósticos con exosomas

Ensayos clínicos sobre exosomas como dianas de enfermedades

El uso de exosomas como dianas es otro campo que se está explorando para el tratamiento de enfermedades. Aetholon Medical es una empresa clínica con sede en California que ha diseñado un dispositivo médico en fase de investigación llamado Hemopurifier. El Hemopurifier, que analiza exosomas circulantes, captura exosomas de virus, toxinas bacterianas y cáncer para tratar la enfermedad. Hasta la fecha, Aetholon ha usado Hemopurifer para tratar pacientes con ébola, hepatitis C, VIH y COVID-19. Sus dos ensayos clínicos actuales se exploran en la tabla 3.

Tabla 3. Ensayos clínicos destacados que usan los exosomas como dianas (eliminación física) para tratar enfermedades

Principales desafíos de la investigación de los exosomas

Los exosomas son un área de investigación apasionante y tienen un enorme potencial tanto terapéutico como diagnóstico. Sin embargo, las aplicaciones clínicas de los exosomas, a pesar de ser tan prometedoras, se ven lastradas actualmente por algunas lagunas en nuestros conocimientos. Por ello, los esfuerzos futuros deben centrarse en el estudio de los mecanismos exactos de biogénesis y captura de los exosomas, así como en la comprensión de sus interacciones con las células objetivo, lo que ayudará a los investigadores a avanzar en la materialización de su potencial terapéutico. Otro obstáculo importante en la investigación de los exosomas tiene que ver con su aislamiento: la falta de estandarización de los procesos disponibles está retrasando la utilidad clínica. Por último, la gran variedad de aplicaciones de los exosomas en proceso de investigación generará problemas de clasificación regulatoria y jurisdicción que habrá que dilucidar para poder establecer planes de desarrollo.

Aunque aún debemos abordar numerosas lagunas en nuestros conocimientos, la investigación de los exosomas presenta oportunidades claras para tratar una amplia selección de enfermedades, lo que demuestra lo lejos que hemos llegado desde el polvo de plaquetas.

Si desea obtener más información, vea el informe sobre los exosomas publicado recientemente en CAS Insights.

Los exosomas son un subconjunto de nanovesículas extracelulares liberadas por las células como parte de su fisiología normal o cuando se dan ciertas patologías. En nuestra entrada anterior sobre la evolución de los exosomas, analizamos el progreso de estas nanopartículas naturales desde su descubrimiento inicial al auge reciente de la investigación de las vesículas extracelulares.

En la segunda parte de esta serie de tres entradas exploraremos nuevos datos obtenidos en CAS Content Collection™, la mayor recopilación de conocimiento científico publicado seleccionada por expertos, y resumiremos las principales aplicaciones de los exosomas en los campos de la administración de fármacos y el diagnóstico.

Tendencias de investigación en alza sobre las aplicaciones médicas de los exosomas

Usamos CAS Content Collection para analizar la presencia y las tendencias de algunos conceptos clave en las publicaciones científicas relacionadas con las aplicaciones de los exosomas en la administración de fármacos y el diagnóstico (figura 1). Las palabras clave "targeting" (enfermedad objetivo) y "biomarker" (biomarcador) ocuparon los primeros puestos, lo que refleja el interés creciente por el uso terapéutico de los exosomas. El análisis de los conceptos clave en el periodo comprendido entre los años 2017 y 2021 reveló un aumento brusco del término “blood-brain barrier” (barrera hematoencefálica) a lo largo de los dos últimos años, lo que indica que este es un tema candente en la investigación sobre el uso médico de los exosomas. Como descubrimos en la primera parte, los exosomas pueden atravesar la barrera hematoencefálica. La capacidad de cruzar esta barrera tan selectiva no solo los hace valiosos como herramientas diagnósticas, sino que proporciona además una vía para administrar una carga terapéutica en el cerebro, lo que ayuda a tratar el cáncer y las lesiones cerebrales traumáticas.

Figura 1. Conceptos clave en las publicaciones científicas relacionadas con las aplicaciones de los exosomas en la administración de fármacos y el diagnóstico: (A) Número de publicaciones que exploran conceptos clave relacionados con las aplicaciones terapéuticas y diagnósticas de los exosomas. (B) Tendencias de los conceptos clave presentados en los artículos relacionados con las aplicaciones terapéuticas y diagnósticas de los exosomas durante los años 2017-2021. Los porcentajes se calculan a partir del número de publicaciones anuales sobre cada concepto clave, normalizado en función del número total de publicaciones sobre el mismo concepto en el mismo periodo de tiempo.

El primer paso crucial para el uso médico de los exosomas: aislamiento y purificación

Para que los exosomas se puedan utilizar a gran escala en la práctica médica, es esencial distinguir estas nanopartículas con precisión de un amplio espectro de residuos celulares y contaminantes. No hay un único método estandarizado para la separación y el análisis de exosomas, y cada método tiene un conjunto específico de fortalezas y limitaciones (resumidas en la tabla 1). Aunque en el pasado la ultracentrifugación era el método de referencia, en los últimos años los métodos basados en la precipitación y los microfluidos han ganado popularidad por su capacidad de purificar exosomas sin causar posibles daños (figura 2). Se ha sugerido el uso de una combinación de varios de estos métodos como estrategia prometedora para mejorar los resultados del aislamiento. Este consiste en proporcionar subconjuntos de exosomas con una elevada pureza en cuanto a tamaño, morfología, concentración, presencia de marcadores enriquecidos con exosomas y ausencia de contaminantes.

Tabla 1. Principales métodos de aislamiento y purificación de exosomas

Figura 2. Tendencias del número de documentos relacionados con las aplicaciones terapéuticas y diagnósticas de los exosomas para varios métodos de aislamiento de exosomas durante los años 2014-2021. (Los porcentajes se calculan a partir del número de publicaciones anuales sobre cada método de aislamiento, normalizado en función del número total de publicaciones sobre el mismo método de aislamiento en el mismo periodo de tiempo).

Exosomas y administración de fármacos

Una vez que los exosomas se han extraído y purificado, ¿cómo los convertimos en sistemas eficaces para la administración de fármacos? Por suerte, los exosomas están diseñados para esta función y combinan las ventajas de los nanoportadores sintéticos y los sistemas de administración de fármacos mediados por células sin sus limitaciones. El primer paso para controlar estas propiedades es la “carga”, el proceso consistente en introducir los materiales terapéuticos en los exosomas. Para este fin se han empleado varios métodos de carga, cada uno con sus propias ventajas y desventajas (tabla 2).

Tabla 2. Técnicas de carga

Como mensajeros intercelulares, los exosomas desempeñan un papel crucial en diferentes procesos fisiológicos. Los exosomas secretados por distintos tejidos y células tienen propiedades distintivas. Por ejemplo, se ha descubierto que los exosomas derivados de tumores afectan a propiedades de los tumores como el crecimiento, la angiogénesis, la invasión y la metástasis. En cambio, los exosomas de células madre mesenquimatosas tienen propiedades que permiten su uso como adyuvantes para reforzar y complementar otras modalidades terapéuticas. De hecho, una empresa de Estados Unidos, Direct Biologics, está explorando la utilidad del fármaco ExoFlo, derivado de las células madre mesenquimatosas, en ensayos clínicos para la colitis ulcerosa, el rechazo de órganos sólidos y la COVID-19, por mencionar solo algunos ejemplos.

Aunque las aplicaciones terapéuticas potenciales de los exosomas son muy amplias, el área más común de la investigación exosómica es, con diferencia, el cáncer, seguida de la inflamación y la infección. Al analizar la correlación entre las células donantes de exosomas y las enfermedades en las que se han aplicado, surge un patrón claro. Las células presentadoras de antígeno y las células NK se usan principalmente en estudios sobre el cáncer. Los macrófagos y las células madre se usan sobre todo en la inflamación, mientras que las células presentadoras de antígeno y los linfocitos T se suelen usar en la infección (figura 3).

Figura 3. Correlación entre las células donantes de exosomas y las enfermedades en las que se han aplicado los exosomas en los estudios relacionados con sus aplicaciones terapéuticas y diagnósticas. La correlación viene representada por el número de documentos encontrados en CAS Content Collection.

Variedad de las enfermedades en las que se aplican los exosomas

Otra aplicación destacada de los exosomas que está creciendo rápidamente es su uso como agentes terapéuticos. Los sistemas de exosomas se han usado como herramientas terapéuticas o diagnósticas en una amplia selección de enfermedades. Nuestro análisis de CAS Content Collection muestra que la mayoría de las publicaciones (68 %) sobre el uso terapéutico de los exosomas están asociadas con el cáncer. Se ha comprobado que el microARN (miARN) exosómico inhibe la proliferación, la migración y la invasión de las células cancerosas. Esta estrategia ha sido explorada en varios subtipos de células malignas, incluidas las del cáncer de vejiga, colorrectal y de mama. Los exosomas tienen además un enorme potencial terapéutico en enfermedades neurodegenerativas, inflamatorias y cardiovasculares, que también se representan (figura 4).

Figura 4. Distribución de las publicaciones de CAS Content Collection relacionadas con aplicaciones terapéuticas y diagnósticas de los exosomas para distintas enfermedades.

Dado que los exosomas participan en la patogenia de enfermedades como el cáncer, una buena estrategia terapéutica puede requerir reducir una producción y circulación elevada de exosomas a niveles normales para prevenir el progreso de la enfermedad. Varios estudios en curso están explorando los efectos de modular la vía terapéutica de los exosomas en varios pasos, entre los que se incluyen su producción, su liberación y su captación. La eliminación física de exosomas también se ha explorado en células cancerosas. Los investigadores creen que esta eliminación puede dificultar la comunicación entre las células tumorales que contribuyen al avance del tumor.

Uso diagnóstico de los exosomas

Para que su uso clínico sea viable, un biomarcador debe tener varias propiedades. Debe ser fácilmente accesible, rentable y específico, tener una sensibilidad elevada y ser medible. Por sus excepcionales propiedades, los exosomas cumplen varias de estas condiciones y son superiores a otros biomarcadores serológicos convencionales, sobre todo en lo que respecta a la sensibilidad y la precisión del diagnóstico.

Este uso terapéutico de los exosomas tiene varias ventajas. En primer lugar, puesto que el estado patológico de las células tiene una gran influencia en el contenido de los exosomas (como se ha observado en la enfermedad de Alzheimer), estudiar estas vesículas extracelulares puede permitirnos conocer el estado patológico del tejido. Son, además, estables de forma natural, ya que cuentan con una doble capa lipídica que les permite resistir la degradación incluso en microentornos extremos. Desde el punto de vista práctico, los exosomas se pueden aislar de una forma sencilla y no invasiva en fluidos biológicos como la orina, la sangre e incluso las lágrimas. Una vez extraídos, se pueden almacenar mediante procesos de congelación, liofilización o secado por pulverización. Por último, a diferencia de muchos biomarcadores serológicos convencionales, los exosomas pueden atravesar la barrera hematoencefálica y proporcionar información sobre las células cerebrales que sería difícil obtener de otro modo. Actualmente se están explorando varios biomarcadores de proteínas (tabla 3) y biomarcadores de ácidos nucleicos (tabla 4) exosómicos. Puede encontrar la lista completa de estos biomarcadores en el artículo Exosomes – Nature’s Lipid Nanoparticles, A Rising Star in Drug Delivery and Diagnostics de ACS.

Tabla 3. Ejemplos de proteínas exosómicas para aplicaciones de diagnóstico clínico

Tabla 4. miARN exosómicos como agentes terapéuticos y diagnósticos para el cáncer

El interés por el uso de los exosomas como biomarcadores se refleja en el gran crecimiento del número de documentos relacionados con aplicaciones terapéuticas y diagnósticas de los exosomas, como revela un análisis de CAS Content Collection (figura 5). Aunque a primera vista se podría pensar que los documentos relacionados con el uso terapéutico predominan sobre el resto, el porcentaje general de documentos se distribuye por igual entre las dos aplicaciones.

Figura 5. Comparación entre las aplicaciones diagnósticas y terapéuticas de los exosomas: (A) Comparación entre el número de documentos relacionados con aplicaciones terapéuticas y el número de documentos sobre aplicaciones diagnósticas de los exosomas; gráfico insertado: crecimiento anual del número de documentos relacionados con aplicaciones terapéuticas comparado con el de los relacionados con aplicaciones diagnósticas de los exosomas. (B) Comparación entre el número de documentos relacionados con aplicaciones terapéuticas y el número de documentos sobre aplicaciones diagnósticas de los exosomas por indicadores de funciones (THU, terapéutico; DGN, diagnóstico).

Aunque la investigación sobre el uso médico de los exosomas es prometedora, muchos estudios permanecen en la fase preclínica. Dicho eso, ¿cómo de cerca estamos de aprovechar todo el potencial terapéutico y diagnóstico de los exosomas? ¿Cuáles son los obstáculos y los desafíos que dificultan los avances? En el último artículo de la serie, revelaremos los actores clave en la investigación de los exosomas y ofreceremos información actualizada sobre las principales iniciativas de investigación en este interesante y dinámico campo. Mientras tanto, puede obtener más información en el informe sobre los exosomas de CAS Insights.

El ritmo de la innovación nunca se ralentiza y el impacto de estos descubrimientos científicos redefinirá nuestra forma de vivir, trabajar y conectar con el mundo que nos rodea.  

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Una nueva era de la exploración espacial

¿Necesita un recordatorio de lo increíblemente grande que es nuestro universo? Las primeras fotos captadas por el telescopio espacial James Webb son asombrosas. Es el telescopio más potente y técnicamente avanzado que se ha creado, y las enseñanzas sobre el universo obtenidas gracias a él impulsarán las misiones futuras y la exploración durante generaciones. Hace poco se lanzó la última misión a la luna en el marco del programa Artemis de la NASA, que allanará el camino para una misión futura a Marte. Esta nueva era de la exploración espacial generará avances tecnológicos en campos que van más allá de la astronáutica y estimulará el progreso de aplicaciones en áreas como los materiales, la ciencia de los alimentos, la agricultura e incluso la cosmética.

Un hito en las predicciones de la IA

Desde hace décadas, la comunidad científica intenta entender mejor la relación entre las funciones de las proteínas y sus estructuras 3D. En julio de 2022, Deep Mind reveló que la estructura 3D plegada de la molécula de una proteína se puede predecir a partir de su secuencia lineal de aminoácidos usando los algoritmos AlphaFold2, RoseTTAFold y trRosettaX-Single. Las predicciones de los algoritmos redujeron el número de proteínas humanas con datos estructurales desconocidos de 4800 a tan solo 29. Aunque siempre habrá desafíos relacionados con la IA, la capacidad de predecir estructuras de proteínas tiene implicaciones en todas las ciencias médicas y biológicas. Entre los principales retos futuros se incluyen el modelado de proteínas con propiedades intrínsecas desordenadas y otras cuyas estructuras se alteren por medio de modificaciones post-translacionales o en respuesta a las condiciones ambientales. Al margen del modelado de proteínas, los avances de la IA siguen redefiniendo los flujos de trabajo y ampliando las capacidades de descubrimiento en numerosos sectores y disciplinas.

Tendencias en desarrollo en la biología sintética

La biología sintética tiene el potencial de redefinir las vías de síntesis mediante el uso de sistemas biológicos manipulados (p. ej., microorganismos en los que una parte importante de su genoma se ha modificado o manipulado) para fabricar una amplia gama de biomoléculas y materiales, como tratamientos, aromas, tejidos, alimentos y combustibles. Por ejemplo, se podría producir insulina sin el páncreas del cerdo, piel sin vacas y seda de araña sin arañas. El potencial que esto tiene para las ciencias médicas y biológicas es increíble, pero si se aplica a la fabricación, la biología sintética podría minimizar los problemas futuros de las cadenas de suministro, aumentar la eficiencia y crear nuevas oportunidades para producir biopolímeros o materiales alternativos con estrategias más sostenibles. Hoy en día, los equipos usan el modelado metabólico basado en la IA, las herramientas de CRISPR y los circuitos genéticos sintéticos para controlar el metabolismo, manipular la expresión de los genes y crear vías para la bioproducción. Ahora que esta disciplina empieza a incorporarse a numerosos sectores, los últimos avances y las tendencias emergentes para el control metabólico y los retos de ingeniería relacionados se describen en un artículo de Journal of Biotechnology publicado en 2022.

El despegue de la metabolómica de célula única

Aunque ha habido importantes progresos en la secuenciación y la cartografía genética, solo la genómica nos dice de qué es capaz una célula. Para lograr una comprensión más profunda de las funciones celulares, los enfoques proteómicos y metabolómicos ofrecen diferentes ángulos para revelar perfiles moleculares y vías celulares. La metabolómica de célula única proporciona una instantánea del metabolismo celular en un sistema biológico. La dificultad radica en que los metabolomas cambian con rapidez, por lo que la preparación de muestras es fundamental para comprender el funcionamiento celular. Conjuntamente, una serie de avances recientes en la metabolómica de célula única (técnicas de código abierto, algoritmos avanzados de IA, preparación de muestras y nuevas formas de espectrometría de masas) demuestra la capacidad para ejecutar análisis de espectros de masas detallados. Esto permite a los investigadores determinar la población de metabolitos célula por célula, lo que tiene un enorme potencial para realizar diagnósticos.    

Con la finalidad de ofrecer información exclusiva sobre un campo emergente de la ciencia, este informe de CAS Insights repasa los hitos históricos, las nuevas aplicaciones y las tendencias emergentes encontradas en CAS Content Collection™. Los exosomas son unas nanopartículas lipídicas de la naturaleza cuyas extraordinarias propiedades físicas abrirán la puerta en el futuro a nuevas aplicaciones en los campos del desarrollo y la administración de fármacos y el diagnóstico.

En los últimos años, las nanopartículas lipídicas han cobrado protagonismo por su papel en las vacunas de ARNm, pero los exosomas reciben con frecuencia el nombre de “nanopartículas lipídicas de la naturaleza”. Este subconjunto de las vesículas extracelulares podría revolucionar los campos de la administración de fármacos y el diagnóstico en el futuro. Sus extraordinarias propiedades físicas (estabilidad natural, biocompatibilidad y capacidad de atravesar la barrera hematoencefálica) pueden tener numerosas ventajas en el futuro.

En este artículo revisado por pares publicado en ACS Nano, se usa CAS Content Collection para examinar los múltiples beneficios de los exosomas en el desarrollo de medicamentos y el diagnóstico. Esto incluye un examen de los descubrimientos históricos, el uso potencial como vehículo de administración de medicamentos y su nuevo papel en el campo del diagnóstico.