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La forma importa para las nanopartículas
Las nanopartículas con forma para parecerse a ciertas bacterias pueden infiltrarse más fácilmente en las células humanas, según un nuevo estudio. Los resultados sugieren que alterar la forma de las nanopartículas puede hacerlas más efectivas en el tratamiento de enfermedades.
Invasores de células: Las nanopartículas cilíndricas se introducen fácilmente en las células. Podrían usarse para administrar medicamentos a tejidos cancerosos.
Joseph DeSimone , profesor de química e ingeniería química en la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill y en la Universidad Estatal de Carolina del Norte, probó cómo nanopartículas y micropartículas con forma de cubos, cilindros en cuclillas y varillas largas se incorporaron a las células humanas en cultivo. Encontró que las partículas largas en forma de varilla se deslizaban dentro de las células a una velocidad cuatro veces mayor que las formas cilíndricas cortas con volúmenes similares. DeSimone, quien informó los hallazgos esta semana en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , señala que las nanopartículas más rápidas se asemejan a ciertos tipos de bacterias que son buenas para infectar células. Muchas bacterias en forma de bastoncillos ingresan rápidamente a las células, dice. Usando el mismo tamaño y forma, nuestras partículas también entran muy rápidamente.
Los investigadores han sospechado durante mucho tiempo que imitar las formas distintivas de las bacterias, los hongos y las células sanguíneas, incluso el polen, podría mejorar la capacidad de las nanopartículas para administrar medicamentos a las células enfermas del cuerpo. Pero ha sido difícil poner a prueba esta sospecha. Lo que se necesita es una forma de producir rápidamente miles de millones de partículas de tamaño, química y forma idénticos, y luego variar sistemáticamente estos parámetros para saber qué efecto tienen.
DeSimone desarrolló una forma de diseñar y probar fácilmente una amplia variedad de formas de partículas, mientras que al mismo tiempo controla el tamaño y la composición química. Por ejemplo, puede hacer partículas de varias formas (bumeranes, rosquillas, tuercas hexagonales, cilindros, cubos) manteniendo constante el tamaño. También puede hacer partículas en forma de bumerán de varios tamaños, o mantener el tamaño y la forma constantes y variar solo la composición química de las partículas. El proceso brinda a los investigadores un nivel de control sin precedentes, dice, lo que facilita la prueba rápida de cómo el cambio de varios parámetros de las nanopartículas, incluida la forma, afecta su comportamiento en los tejidos.
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Vea cómo hacer nanopartículas con forma de bumeranes.
Históricamente, la mayor parte del trabajo con partículas se ha realizado con partículas esféricas porque hacer partículas de diferentes formas ha sido un gran desafío, dice Samir Mitragotri , profesor de ingeniería química en la Universidad de California, Santa Bárbara. DeSimone demuestra una tecnología muy poderosa que muestra [que] se pueden preparar partículas de diferentes formas y materiales, dice Mitragotri. Va mucho más allá de las herramientas actuales. Añade que el artículo muestra que la forma marca una gran diferencia en la respuesta biológica.
DeSimone también identificó los mecanismos precisos por los cuales las células toman partículas de diferentes formas. Estos mecanismos determinan dónde terminan las partículas dentro de la célula. Estos nuevos datos podrían ayudar a los investigadores a diseñar partículas que lleguen a compartimentos particulares dentro de una célula que tengan un nivel conocido de acidez. Luego, los investigadores podrían ajustar las partículas para que se descompongan y liberen su carga solo una vez que alcancen el compartimiento deseado. De esa manera, las partículas solo liberarán medicamentos dentro de las células objetivo, dejando ilesas a las células sanas.
DeSimone está utilizando su técnica de fabricación para producir nanopartículas que administran medicamentos a las células cancerosas. Está iniciando ensayos en ratones para varios tipos de cáncer: de mama, de ovario, de cuello uterino, de pulmón, de próstata y de linfoma. Puede realizar tantos ensayos porque es fácil agregar diferentes moléculas de tratamiento a sus partículas. Las partículas desarrolladas para atacar el cáncer de mama se pueden cambiar fácilmente para atacar el cáncer de pulmón, por ejemplo. Durante las pruebas, DeSimone variará sistemáticamente las dosis, los tamaños, etc., para determinar las combinaciones menos tóxicas y más efectivas. Ahora puede bombardear muchos cánceres diferentes y ver cuáles son los parámetros de diseño más eficaces que puede poner en el sistema, dice.
DeSimone ha desarrollado partículas que se asemejan a los glóbulos rojos en tamaño, forma y flexibilidad para ayudarlos a circular en el torrente sanguíneo sin ser eliminados por barreras biológicas. (Los está probando en animales como base potencial para la sangre artificial). También está probando partículas largas, parecidas a gusanos, que los macrófagos no pueden consumir fácilmente. La partícula tiene que superar muchos obstáculos antes de llegar a su destino, dice Mitragotri. Anteriormente, los investigadores se habían limitado a cambiar el tamaño y la química de las partículas. Agregar la capacidad de controlar la forma proporciona un gran impulso para superar estos obstáculos, dice Mitragotri.