Para un desarrollo más rápido de medicamentos

En la imagen de izquierda a derecha: Prof. Dr. Harald Riegel, Max-Jonathan Kleefoot, Lena Kruse, Prof. Dr. Christian Neusüss, Sebastian Funken y Ann-Katrin Schwenzer junto al espectrómetro de masas de movilidad iónica recién adquirido. © Hochschule Aalen | Andrea Heidel

La pandemia mundial de COVID-19 ha puesto de manifiesto aún más: uno de los desafíos principales de nuestra sociedad en el sector de la salud es el desarrollo rápido de nuevos medicamentos y vacunas. En particular, en el análisis de fármacos basados en anticuerpos, faltan sistemas efectivos y de alta precisión. Aquí es donde entra en juego un proyecto de investigación recién iniciado en la Hochschule (HS) Aalen: El equipo interdisciplinario se ha propuesto acelerar significativamente el desarrollo de vacunas y medicamentos. El proyecto "ProCeVen" cuenta con una financiación de aproximadamente dos millones de euros del Ministerio Federal de Educación e Investigación (BMBF) y permite que tres estudiantes realicen su doctorado en la HS Aalen.

Después de más de dos años con el coronavirus, la mayoría de nosotros probablemente esté más que familiarizada con el manejo de las pruebas rápidas de antígenos. Sin embargo, pocos se han interesado en profundizar en cómo funcionan realmente estas pruebas: "En términos simples, detectan si ciertas proteínas virales están presentes en la garganta de una persona testeada", explica Max-Jonathan Kleefoot, doctorando en el Centro de Aplicaciones Láser (LAZ) de la Hochschule Aalen.

El estudio de proteínas no solo es importante en este ámbito, sino en toda la medicina: tanto en el diagnóstico de enfermedades como en el desarrollo de nuevos medicamentos. Las empresas biofarmacéuticas, es decir, los fabricantes de medicamentos, prueban la eficacia de los llamados principios activos basados en anticuerpos buscando proteínas específicas en la sangre de los pacientes. "El éxito y la seguridad de estos nuevos principios activos proteicos, y por tanto la atención sanitaria de la población, dependen en gran medida de las capacidades de la bioanálisis", señala el Prof. Dr. Christian Neusüß, director del Instituto de Química Analítica y Bioorgánica en la HS Aalen.

Lamentablemente, los métodos y técnicas tradicionales para analizar principios activos basados en anticuerpos pronto alcanzaron sus límites, retrasando a menudo el desarrollo de medicamentos personalizados. Los investigadores en Aalen quieren cambiar esto en un proyecto interdisciplinario recientemente iniciado: están desarrollando un sistema analítico innovador que permitirá analizar proteínas en principios activos biofarmacéuticos de manera mucho más eficiente y con una precisión nunca antes alcanzada. Por primera vez, investigadores del Instituto de Química Analítica y Bioorgánica y del Centro de Aplicaciones Láser (LAZ) colaboran en un proyecto conjunto.

El equipo combina por primera vez dos importantes procedimientos de análisis instrumentales que hasta ahora no podían combinarse: la llamada electroforesis capilar con espectrometría de masas por movilidad iónica y el intercambio de hidrógeno/deuterio. "Estos métodos, que parecen complicados, sirven para obtener información detallada sobre la estructura de las proteínas y, por tanto, sobre su efecto medicinal. Además, proporcionan información sobre las variantes de las proteínas que surgen durante su fabricación", explica el coordinador del proyecto, Neusüß.

Válvula de chip funciona como una puerta giratoria

Además, el equipo del área de bioanálisis instrumentacional fabrica una válvula innovadora basada en un chip de vidrio con un diámetro de aproximadamente una pelota de tenis, que reemplazará la pieza de plástico en los dispositivos de análisis. "Esta válvula redonda se puede imaginar como una puerta giratoria. Toma con precisión pequeñas cantidades de líquidos en el rango de nanolitros y los transporta mediante un movimiento de rotación", explica Kleefoot. Como la válvula no solo tiene una, sino varias aberturas y microcanales en su interior, puede recoger varias gotas en secuencia y luego enviarlas individualmente para su separación y caracterización mediante espectrometría de masas.

"Para esta válvula necesitamos piezas de vidrio móviles, que requieren una fabricación de alta precisión. La tecnología láser de pulsos ultracortos, con energía de pulso precisa y longitud de onda ajustable, permite fabricar estas piezas de vidrio, funcionalizar sus superficies y integrar técnicas analíticas personalizadas", añade Neusüß. La parte de procesamiento láser será realizada por un equipo de investigadores en el LAZ, dirigido por el Prof. Dr. Harald Riegel. Además, el proyecto permite a tres estudiantes de la HS Aalen realizar sus tesis doctorales: así, Sebastian Funken, estudiante en la Hochschule Aalen, redactará su disertación sobre su investigación en el campo del procesamiento láser de vidrio en el marco del proyecto.

Dos doctorandas, Lena Kruse y Ann-Katrin Schwenzer, realizan sus doctorados en paralelo en el área de bioanálisis instrumentacional en el grupo de Neusüß. "También, estudiantes de carreras como Ciencias Biofarmacéuticas, Ingeniería Mecánica/Producción y Gestión, y Optoelectrónica, participan desde etapas tempranas de sus estudios de pregrado en el laboratorio, colaborando directamente con las doctorandas en temas de investigación de vanguardia, y así introduciéndolos en el trabajo científico", destacan los profesores Neusüß y Riegel en conjunto.

"El vidrio es mucho más adecuado como reemplazo del componente de plástico anterior, ya que es más duradero, resistente a contaminantes y, por tanto, más sostenible", describe Funken. Con láser, se pueden crear en el cuerpo de vidrio estructuras altamente precisas y microcanales con geometrías definidas. Además, el láser puede cortar bordes y agujeros con precisión, e integrar elementos ópticos en el cuerpo de vidrio. Se invertirán aproximadamente 500.000 euros de la financiación total de unos dos millones de euros en investigación en procesamiento láser en el LAZ, además de otros 800.000 euros en la ampliación del equipamiento de la Hochschule Aalen, como la adquisición de un espectrómetro de masas por movilidad iónica (que aparece en la foto) y un microscopio de escaneo láser. Con el espectrómetro de masas por movilidad iónica, se investigarán, por primera vez en el mundo, diferencias en la estructura espacial de proteínas biofarmacéuticas mediante la combinación con la electroforesis capilar. Estos dos dispositivos ya han sido instalados y complementan el equipamiento existente, y seguirán siendo utilizados en proyectos futuros de investigación.