El profesor Sangmin Lee, del Departamento de Ingeniería Química de POSTECH, ha colaborado con el profesor David Baker, laureado con el Premio Nobel de Química en 2024 y profesor en la Universidad de Washington, para desarrollar una innovadora plataforma terapéutica que imita las complejas estructuras de los virus mediante el uso de inteligencia artificial (IA). Este pionero trabajo de investigación fue publicado en la revista Nature el 18 de diciembre.
Los virus están diseñados de forma única para encapsular material genético dentro de envolturas proteicas esféricas, lo que les permite replicarse e invadir las células huésped, a menudo causando enfermedades. Inspirados en estas estructuras complejas, los investigadores han estado explorando proteínas artificiales modeladas a partir de virus. Estos «nanocápsulas» imitan el comportamiento viral, entregando eficazmente genes terapéuticos a las células objetivo. Sin embargo, los nanocápsulas existentes enfrentan desafíos significativos: 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.
Avances en el diseño de nanocápsulas
Para abordar estas limitaciones, el equipo de investigación utilizó un diseño computacional impulsado por IA. La mayoría de los virus exhiben estructuras simétricas, pero también presentan sutiles asimetrías. Aprovechando la IA, el equipo recreó estas características matizadas y diseñó con éxito nanocápsulas en formas tetraédricas, octaédricas e icosaédricas por primera vez.
Las nanostructuras resultantes están compuestas por cuatro tipos de proteínas artificiales, formando arquitecturas intrincadas con seis interfaces proteína-proteína distintas. Entre ellas, la estructura icosaédrica, que mide hasta 75 nanómetros de diámetro, se destaca por su capacidad para contener tres veces más material genético que los vectores de entrega de genes convencionales, como los virus adenoasociados (AAV), lo que representa un avance significativo en la terapia génica.
La microscopía electrónica confirmó que las nanocápsulas diseñadas por IA lograron estructuras simétricas precisas, tal como se había previsto. Experimentos funcionales demostraron además su capacidad para entregar eficazmente cargas terapéuticas a células objetivo, abriendo así la puerta a aplicaciones médicas prácticas.
“Los avances en IA han abierto la puerta a una nueva era donde podemos diseñar y ensamblar proteínas artificiales para satisfacer las necesidades de la humanidad”, afirmó el profesor Sangmin Lee. “Esperamos que esta investigación no solo acelere el desarrollo de terapias génicas, 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 ha contado con el apoyo del Ministerio de Ciencia y TIC de la República de Corea bajo el Programa de Científicos Jóvenes Sobresalientes, el Programa de Desarrollo de Tecnología Nano y Materiales, y el Programa de Investigación Global Frontier, con financiación adicional proporcionada por el Instituto Médico Howard Hughes (HHMI) en Estados Unidos.
