El profesor Sangmin Lee del Departamento de Ingeniería Química de POSTECH, en colaboración con el profesor David Baker, premio Nobel de Química de 2024, de la Universidad de Washington, ha desarrollado una plataforma terapéutica innovadora imitando las intrincadas estructuras de los virus utilizando inteligencia artificial (IA). Su investigación pionera fue publicada en Naturaleza el 18 de diciembre.
Los virus están diseñados exclusivamente para encapsular material genético dentro de capas proteicas esféricas, lo que les permite replicarse e invadir las células huésped, lo que a menudo causa enfermedades. Inspirándose en estas estructuras complejas, los investigadores han estado explorando proteínas artificiales modeladas a partir de virus. Estas «nanojaulas» imitan el comportamiento viral y administran eficazmente genes terapéuticos a las células diana. Sin embargo, las nanojaulas existentes enfrentan desafíos importantes: su pequeño tamaño restringe la cantidad de material genético que pueden transportar y sus diseños simples no logran replicar la multifuncionalidad de las proteínas virales naturales.
Para abordar estas limitaciones, el equipo de investigación utilizó un diseño computacional impulsado por IA. Si bien la mayoría de los virus muestran estructuras simétricas, también presentan asimetrías sutiles. Aprovechando la IA, el equipo recreó estas características matizadas y diseñó con éxito nanojaulas en formas tetraédricas, octaédricas e icosaédricas por primera vez.
Las nanoestructuras resultantes están compuestas de cuatro tipos de proteínas artificiales, formando arquitecturas intrincadas con seis interfaces proteína-proteína distintas. Entre ellos, la estructura icosaédrica, que mide hasta 75 nanómetros de diámetro, destaca por su capacidad para contener tres veces más material genético que los vectores de administración de genes convencionales, como los virus adenoasociados (AAV), lo que supone un avance significativo en la terapia génica. .
La microscopía electrónica confirmó que las nanojaulas diseñadas por IA lograron estructuras simétricas precisas según lo previsto. Los experimentos funcionales demostraron además su capacidad para administrar eficazmente cargas terapéuticas a las células diana, allanando el camino para aplicaciones médicas prácticas.
«Los avances en IA han abierto la puerta a una nueva era en la que podemos diseñar y ensamblar proteínas artificiales para satisfacer las necesidades de la humanidad», afirmó el profesor Sangmin Lee. «Esperamos que esta investigación no sólo acelere el desarrollo de terapias genéticas sino que también impulse avances en vacunas de próxima generación y otras innovaciones biomédicas».
El profesor Lee trabajó anteriormente como investigador postdoctoral en el laboratorio del profesor Baker en la Universidad de Washington durante casi tres años, desde febrero de 2021 hasta finales de 2023, antes de unirse a POSTECH en enero de 2024.
Este estudio fue apoyado por el Ministerio de Ciencia y TIC de la República de Corea en el marco del Programa de Jóvenes Científicos Destacados, el Programa de Desarrollo de Tecnología Nano y Materiales y el Programa de Investigación de Frontera Global, con financiación adicional proporcionada por el Instituto Médico Howard Hughes (HHMI) en Estados Unidos.
