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Glóbulos rojos artificiales para la administración de fármacos
Desde la década de 1950, los investigadores han tratado de imitar las capacidades de los glóbulos rojos. Estos discos flexibles transportan oxígeno por todo el cuerpo, apretando a través de los capilares más pequeños para hacerlo. Pero las características físicas de los glóbulos rojos, incluida su forma doblemente cóncava, los han hecho difíciles de copiar con precisión.
Viendo rojo : Hechas de polímeros y proteínas biodegradables y biocompatibles, estas partículas tienen el mismo tamaño, forma y flexibilidad que los glóbulos rojos reales.
En una investigación publicada el lunes en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , un grupo especializado en la administración de fármacos ha encontrado una manera de crear partículas biodegradables y biocompatibles con el tamaño, la forma y la flexibilidad de los glóbulos rojos. El grupo cree que estas células artificiales podrían ser particularmente efectivas no solo para transportar oxígeno sino también como agentes terapéuticos y de imágenes.
La gente ha fabricado más de mil polímeros diferentes de diferentes tamaños para la administración de medicamentos. Pero si los miras todos juntos, representan el mundo sintético; las partículas son agradables y esféricas, dice Samir Mitragotri , ingeniero químico de la Universidad de California en Santa Bárbara, quien dirigió el nuevo trabajo. Si nos fijamos en el mundo biológico, la naturaleza utiliza todo tipo de partículas para entregar sus propios bienes. Las bacterias, las células y los virus están diseñados para realizar funciones de administración muy específicas.
Para crear las células sintéticas, Mitragotri, junto con investigadores de la Universidad de Michigan, comienzan con partículas esféricas hechas de un polímero común llamado poli (láctico) Qué -ácido glicólico (PLGA), un compuesto conocido por sus propiedades biocompatibles y biodegradables. Exponen las esferas al alcohol, lo que hace que se desinflen y colapsen en la forma de hoyuelos de un glóbulo rojo. La partícula dura de PLGA actúa como un molde, alrededor del cual los investigadores pueden depositar capa tras capa de proteínas. Reticulan las proteínas para que se adhieran al PLGA y luego disuelven la estructura interna rígida. El resultado es una capa de proteína suave y flexible del tamaño y la forma de un glóbulo rojo. Los investigadores también pueden variar los recubrimientos de proteínas dependiendo, por ejemplo, agregando hemoglobina, que podría transportar oxígeno.
Hasta ahora, Mitragotri ha demostrado que las partículas son lo suficientemente flexibles como para comprimirse y fluir a través de tubos del tamaño de capilares, y se pueden infundir con medicamentos en casi todas las etapas del proceso. Su grupo también ha encapsulado nanopartículas de óxido de hierro en las células sintéticas, creando un potencial agente de contraste para resonancias magnéticas. Uno puede imaginar poner estas partículas en la sangre y usarlas para visualizar el flujo sanguíneo, dice Mitragotri.
En general, nunca había visto nada parecido. Tanto el concepto como los métodos de fabricación que desarrollaron son muy interesantes, dice Ali Khademhosseini , ingeniero biomédico de la División de Ciencias y Tecnología de la Salud de Harvard-MIT. Existe una apreciación cada vez mayor acerca de cómo la forma de las partículas es importante para una variedad de cosas diferentes, como la hidrodinámica de las partículas dentro de un fluido, o cómo las diferentes entidades biológicas interactúan con ellas.
Estas partículas flexibles y potencialmente duraderas tienen un gran potencial para la administración de fármacos. Pero Mitragotri aún no ha mirado para ver si las células sintéticas pueden resistir la prueba más difícil: permanecer en circulación. Probar que las partículas permanecen en el torrente sanguíneo y no provocan un ataque inmunológico es un paso crítico que requerirá pruebas en animales.
En 1966, hice [partículas] similares que pueden cambiar de forma y tamaño, dice un investigador de sangre artificial Thomas chang de la Universidad McGill en Quebec, Canadá. Esas células, dice, también podían pasar a través de los tubos capilares y tenían aproximadamente el mismo tamaño que los glóbulos rojos. El problema fue que incluso las células sintéticas de un octavo del tamaño de las células sanguíneas normales se purgaban de la sangre en 30 segundos. (En la década de 1970, los investigadores descubrieron que las partículas de sangre artificial funcionan mejor a 200 nanómetros o menos, 30 veces más pequeñas que los glóbulos rojos). Lo principal es demostrar que permanecen en circulación, dice Chang.
Incluso las partículas sintéticas más avanzadas se eliminan de la sangre con una rapidez increíble. La nanopartícula en circulación más larga duró aproximadamente 24 horas, por lo que es necesario desarrollar un enfoque para algo que pueda circular en el torrente sanguíneo durante un largo período de tiempo, dice Jeffrey Karp , profesor de ciencias y tecnología de la salud de Harvard-MIT. Pero la nueva investigación podría ser un gran paso en esa dirección, dice, si el cuerpo mantiene las células sintéticas circulando durante dos o tres meses, como glóbulos rojos reales. Karp dice que los métodos de producción que utilizaron Mitragotri y sus colegas podrían ampliarse sin mucha dificultad.
Suponiendo que las células resistan la prueba circulatoria del tiempo, pensaría que cualquiera que esté tratando de usar un sistema similar a nanopartículas para la administración o para obtener imágenes tendría una buena razón para optar por estas partículas, dice. Paquete Daniel , investigadora de administración de fármacos en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.
Mitragotri dice que el próximo paso será la experimentación con animales. También quiere buscar otras formas de imitar los métodos de entrega de la naturaleza. Comenzamos con los glóbulos rojos, pero hay muchos otros en los que puedo pensar que podrían ser de interés, como virus y bacterias, dice. Tienes tu mundo sintético de un lado y tu mundo biológico del otro, y queremos cerrar la brecha lo mejor que podamos entre estos dos extremos.