Aptamers as a novel diagnostic and therapeutic tool and their potential use in parasitology

Abstract

Aptamers are single-stranded DNA or RNA sequences that adopt unique three-dimensional structures that allow them to recognize a specific target with high affinity. They can potentially be used for the diagnosis of diseases, as new therapeutic agents, for the detection of food risks, as biosensors, for the detection of toxins, and as drug carriers and nanoparticle markers, among other applications. To date, an aptamer called pegaptanib is the only aptamer approved by the Food and Drug Administration (FDA) for commercial use. Other aptamers are in different clinical stages of development for the treatment of different diseases. In parasitology, investigations carried out with parasites such as Leishmania spp. allowed the acquisition of aptamers that recognize the polyA-binding protein LiPABP and may have potential applications in research and diagnosis and even as therapeutic agents. Regarding malaria, aptamers have been obtained that allow the identification of infected erythrocytes or inhibit the formation of rosettes, along with those that provide promising alternatives for diagnosis by specifically detecting the protein lactate dehydrogenase (PfLDH). In Cryptosporidium parvum allow the detection of oocysts in contaminated food or water. In Entamoeba histolytica, two aptamers called C4 and C5, which inhibit the proliferation of trophozoites in vitro and have potential use as therapeutic agents, have been isolated. Aptamers obtained against Trypanosoma cruzi inhibit the invasion of LLC-MK2 (from monkey kidney) cells by 50-70%, and in T. brucei, aptamers with the potential to transport toxic molecules to the parasitic lysosome were identified as a novel therapeutic strategy.

Keywords: aptamers; nucleotide; peptide; SELEX aptamer technique; antibodies; monoclonal; parasitology; malaria; leishmaniasis; tripanosomiasis; amebiasis.

Figura 1. Los aptámeros se han usado, principalmente, para crear nuevos tipos de medicamentos, herramientas terapéuticas y plataformas para diagnosticar enfermedades, y en investigación, como detectores de moléculas en imágenes biológicas y como transportadores en la entrega de medicamentos.

Figura 2. A) Línea de tiempo de publicaciones que contienen el término aptámero. Se realizó la búsqueda del término “aptamer” en PubMed. Los resultados se grafican como número de publicaciones por año desde 1992 hasta 2018. B) Patentes solicitadas que contienen el término aptámero. Los resultados se grafican como número de publicaciones por año desde 1992 hasta 2018.

Figura 3. Técnica SELEX básica compuesta de cuatro pasos. 1) Incubación: la librería previamente diseñada es puesta en contacto con las moléculas blanco. 2) Selección: separación de los aptámeros que se unen a las moléculas blanco y descarte de aquellos que no lo hacen. 3) Amplificación: mediante PCR se obtienen múltiples copias de los aptámeros seleccionados. Se repiten los pasos 1, 2 y 3 hasta obtener aptámeros con gran afinidad y especificidad. 4) Clonación y secuenciación: una vez obtenidos los aptámeros afines, se clonan y se secuencian para conocer su composición de nucleótidos.

Figura 4. Variedad de blancos reconocidos por los aptámeros. La escala de tamaños muestra la capacidad de los aptámeros de reconocer moléculas que van desde 0,1 nm hasta otras más complejas, de 100 µm.