Development of bicyclic peptides for the transport of bio- and nano-therapeutics across brain endothelium

Moltes malalties, com l'epilèpsia, les neurodegeneratives i els tumors cerebrals, afecten al cervell. Tot i que els nous fàrmacs, com les teràpies basades en proteïnes i àcids nucleics, ofereixen un gran potencial pel seu tractament, no aconsegueixen arribar al cervell en quantitats suficients a causa de la baixa permeabilitat a través de la barrera hematoencefàlica (BHE). Aquesta tesi es va proposar desenvolupar nous sistemes per millorar l’administració de proteïnes i àcids nucleics a través de la BHE. La primera part del treball es va centrar en el desenvolupament de BrainBikes, una família de pèptids bicíclics resistents a proteases que milloren el transport de diverses càrregues a través de la BHE. A partir del pèptid lineal Y1, dirigit al receptor de la transferrina (TfR1), sobreexpressat a les cèl·lules endotelials de la BHE, es van generar diversos anàlegs mitjançant un enllaç químic. La ciclació d’aquests pèptids va millorar la seva estabilitat proteolítica, allargant la vida mitjana del pèptid lineal en sèrum humà. Entre els anàlegs desenvolupats, BrainBike-4 va ser el millor candidat, mostrant una afinitat més alta pel receptor TfR1 que el pèptid original i els altres anàlegs. Per validar la seva funció com a transportador cerebral, es va conjugar de manera específica amb una proteïna model i amb un anticòs de fragment variable de cadena senzilla (scFv). Aquesta conjugació va incrementar significativament el transport de les proteïnes a través d’un model cel·lular humà de BHE, superant altres transportadors reportats anteriorment. La segona part es va centrar en el desenvolupament d’un sistema d’administració de gens basat en poli(β-amino ester)s modificats amb oligopèptids (OM-pBAEs). Es va crear una formulació simplificada amb un únic oligopèptid heteromèric que conté residus d’arginina i histidina, mantenint una eficiència similar a la formulació tradicional amb múltiples oligopèptids homomèrics. Per reduir la transfecció inespecífica, es va afegir un pèptid zwitteriònic als pBAE-CRHR poliplexes. També per desenvolupar un sistema d’administració condicionalment actiu, es va implementar un mecanisme de resposta a la llum en el polímer zwitteriònic, com a prova de concepte. Després de l’activació amb llum, es va recuperar l’eficiència de transfecció sense comprometre la selectivitat inicial. Es van explorar dues estratègies més: una per dirigir els complexos a les cèl·lules tumorals mitjançant un nanoanticòs anti-EGFR, i una altra per millorar el transport a través de la BHE, conjugant BrainBike-4 per incrementar la transfecció en cèl·lules que expressen TfR1 i incrementant el transport a través d’un model humà de BHE. Aquest treball demostra el potencial dels peptidomimètics bicíclics com a transportadors cerebrals i introdueix nous enfocaments per al transport selectiu de bio- i nano-teràpies, avançant en el desenvolupament de sistemes d’administració dirigits i la medicina de precisió.