Un equipo de investigadores de la Universidad de Pensilvania ha desarrollado un modelo informático que ayudará en el diseño de nanoportadores, Estructuras microscópicas que se utilizan para guiar los medicamentos a sus objetivos en el cuerpo. El modelo explica mejor cómo se ondulan las superficies de diferentes tipos de células debido a las fluctuaciones térmicas, informando las características de los nanoportadores que les ayudarán a adherirse a las células el tiempo suficiente para entregar sus cargas útiles.

El estudio fue dirigido por Ravi Radhakrishnan, profesor en los departamentos de bioingeniería e ingeniería química y biomolecular de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Penn, y Ramakrishnan Natesan, un miembro de su laboratorio.

También contribuyeron al estudio Richard Tourdot, miembro del laboratorio Radhakrishnan; David Eckmann, el Profesor Horatio C. Wood de Anestesiología y Cuidados Críticos en la Facultad de Medicina Perelman de Penn; Portonovo Ayyaswamy, el Profesor Asa Whitney de Ingeniería Mecánica y Mecánica Aplicada en Penn Engineering; y Vladimir Muzykantov, profesor de farmacología en Penn Medicine.

Fue publicado en la revista Ciencia Abierta de la Royal Society .

Los nanoportadores se pueden diseñar con moléculas en su exterior que solo se unen a biomarcadores que se encuentran en un cierto tipo de célula. Este tipo de orientación podría reducir los efectos secundarios, como cuando los medicamentos de quimioterapia destruyen células sanas en lugar de cancerosas, pero la biomecánica de este proceso de unión es compleja.

El trabajo anterior de algunos de los investigadores descubrió una relación contraintuitiva que sugería que agregar más moléculas de orientación en la superficie del nanoportador no siempre es mejor.

Un nanoportador con más de esas moléculas dirigidas podría encontrar y unirse a muchos de los biomarcadores correspondientes a la vez. Si bien esta configuración es estable, puede disminuir la capacidad del nanoportador para distinguir entre tejidos sanos y enfermos. Tener menos moléculas de orientación hace que el nanoportador sea más selectivo, ya que tendrá más dificultades para unirse al tejido sano donde los biomarcadores correspondientes no se expresen en exceso.

El nuevo estudio del equipo agrega nuevas dimensiones al modelo de interacción entre la superficie celular y el nanoportador.

"La superficie de la celda en sí es como una tienda de campaña en un día ventoso en un desierto, "Radhakrishnan dijo." Cuanto más exceso en la tela, más el aleteo de la tienda. Similar, Cuanto mayor sea el exceso de área de la membrana celular en los postes de la tienda, 'el citoesqueleto de la célula, cuanto mayor es el aleteo de la membrana debido al movimiento térmico ".

El equipo de Penn descubrió que los diferentes tipos de células tienen diferentes cantidades de este exceso de área de la membrana y que este parámetro mecánico gobierna qué tan bien los nanoportadores pueden unirse a la célula. Teniendo en cuenta el aleteo de la membrana en sus modelos informáticos, además de la cantidad de moléculas diana en el nanoportador y biomarcadores en la superficie celular, ha destacado la importancia de estos aspectos mecánicos en la eficiencia con la que los nanoportadores pueden entregar sus cargas útiles.

"Estos criterios de diseño, "Radhakrishnan dijo:"se puede utilizar en el diseño personalizado de nanoportadores para un paciente o una cohorte de pacientes determinados, por lo tanto, muestra un importante camino a seguir para el diseño de nanoportadores personalizados en la era de la medicina personalizada ".