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¿Qué sucede cuando inhalas nanopartículas?
Los científicos han rastreado el flujo de nanopartículas desde los pulmones al torrente sanguíneo por primera vez. El trabajo podría conducir al desarrollo de nuevos medicamentos y ayudar a los investigadores a comprender cómo la contaminación puede causar problemas respiratorios.
Luz que viaja: Los investigadores han rastreado el movimiento de nanopartículas desde los pulmones (el área verde a la izquierda) de una rata hasta los ganglios linfáticos (el área verde en el centro) y el resto del cuerpo.
Investigadores del Centro Médico Beth Israel Deaconess y la Escuela de Salud Pública de Harvard inyectaron nanopartículas fluorescentes en los pulmones de ratas y utilizaron imágenes de infrarrojo cercano para observar cómo las partículas se movían a través de sus cuerpos. Los investigadores rastrearon qué tan lejos, y con qué rapidez, las nanopartículas de diferentes tamaños, formas y cargas superficiales podían viajar después de ser inyectadas. Descubrieron que las nanopartículas de entre seis y 34 nanómetros de diámetro podían atravesar las defensas de los pulmones para llegar a los ganglios linfáticos y al torrente sanguíneo. Este hallazgo puede proporcionar pautas valiosas para el diseño de fármacos basados en nanopartículas.
El tamaño minúsculo de las nanopartículas las hace potencialmente útiles para administrar fármacos. Un fármaco debe atravesar las barreras de los tejidos y luchar contra las células inmunitarias atacantes del cuerpo para administrar su carga útil terapéutica antes de salir del cuerpo para prevenir una reacción tóxica. Los científicos están manipulando el tamaño, la forma y otras características de las nanopartículas para encontrar la combinación correcta que las lleve de manera efectiva a través del cuerpo.
Hay una curva de aprendizaje por la que todos estamos atravesando, dice Steven Brody , profesor asociado de medicina en la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington. Cuando comenzamos a diseñar nanopartículas como vehículos de administración de medicamentos, debemos comenzar a comprender cuáles son las reglas. Esto comienza a darnos algunas reglas.
Akira Tsuda , científico investigador principal de la Escuela de Salud Pública de Harvard, dice que los pulmones pueden ser un buen punto de entrada para las drogas: tienen una superficie grande y delgada a través de la cual las drogas pueden cruzar al resto del cuerpo. Pero los pulmones también tienen poderosos mecanismos defensivos, con células inmunes constantemente en patrulla, buscando moléculas extrañas para destruir. Hasta ahora, no está claro exactamente cuál es el mecanismo que permite que algunas partículas pasen a través de los pulmones mientras que otras son atrapadas y destruidas. Comprender eso podría ayudar a los investigadores a diseñar medicamentos más efectivos y podría proporcionar una mejor comprensión de los contaminantes ambientales.
Tsuda se asoció con un experto en imágenes John Frangioni de la Escuela de Medicina de Harvard, que diseñó el sistema de imágenes utilizado para rastrear las nanopartículas. Hak Soo Choi, profesor de medicina de la Facultad de Medicina de Harvard, ayudó a diseñar una serie de nanopartículas de puntos cuánticos (cristales diminutos semiconductores) y alteró sistemáticamente su tamaño, forma y carga superficial. Conectaron una sonda fluorescente a cada nanopartícula para que brille a través del cuerpo cuando se ve con el dispositivo de imágenes de infrarrojo cercano.
Plásticos Pelham , un fabricante de dispositivos médicos con sede en New Hampshire, desarrolló un catéter hecho a medida para administrar las nanopartículas en el pulmón de una rata. El catéter permitió a los investigadores inyectar nanopartículas directamente en el pulmón y, al mismo tiempo, ventilar el pulmón para simular la respiración.
El equipo rastreó el flujo de nanopartículas en tiempo real, hasta una hora después de la inyección. Tsuda descubrió que el tamaño era el factor determinante más importante para pasar a través de los pulmones, seguido de la carga superficial de una nanopartícula. Las partículas que eran más pequeñas de seis nanómetros y dipolares (cargadas tanto positiva como negativamente) viajaron desde los pulmones a los ganglios linfáticos y al torrente sanguíneo en solo unos minutos. Estas mismas partículas se iluminaron en los riñones poco después, lo que implica que podrían ser expulsadas fácilmente del cuerpo. Los hallazgos se publican en el último número de la revista. Biotecnología de la naturaleza .
David Edwards, profesor Gordon McKay de la práctica de ingeniería biomédica en la Universidad de Harvard, ve los hallazgos del grupo como un modelo inicial para diseñar vacunas efectivas, que a menudo se dirigen a las células inmunes en los ganglios linfáticos. Edwards dice que sus resultados pueden proporcionar una explicación molecular del éxito de ciertas vacunas, como la vacuna contra la hepatitis B, que se compone de moléculas dentro del rango de seis a 34 nanómetros. Esto de repente aclara este problema de qué es exactamente lo que ingresa al sistema linfático y lo que posiblemente ingrese al torrente sanguíneo, dice.
Este trabajo allana el camino para nuevos enfoques terapéuticos no solo para la administración local a los pulmones, sino también para la administración sistémica a través de la administración pulmonar, dice Joseph DeSimone , director de nanomedicina de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill.
En el futuro, Tsuda y sus colegas planean realizar estudios similares para evaluar el comportamiento de las nanopartículas desde las cavidades nasales hasta el cerebro. Esperan definir pautas similares mediante las cuales se puedan diseñar y administrar medicamentos por vía intranasal para tratar trastornos neurológicos.
Sería interesante utilizar su enfoque para explorar problemas y oportunidades para cruzar la barrera hematoencefálica a través de la administración intranasal, dice DeSimone.