Enfoque propuesto para la captura de fármacos utilizando un absorbente impreso en 3D para el tratamiento endovascular del cáncer de hígado. El fármaco de quimioterapia se administra por vía intraarterial a través de la arteria hepática (abajo). El absorbente propuesto captura el exceso de fármaco en la vena que drena el órgano. Crédito:gráfico UCSF
Con la ayuda de esponjas insertadas en el torrente sanguíneo para absorber el exceso de medicamentos, Los médicos esperan prevenir los peligrosos efectos secundarios de los agentes de quimioterapia tóxicos o incluso administrar dosis más altas para derribar los tumores. como el cáncer de hígado, que no responden a tratamientos más benignos.
La "esponja de fármaco" es un polímero absorbente que recubre un cilindro impreso en 3D para encajar con precisión en una vena que transporta la sangre que fluye fuera del órgano objetivo:el hígado en el cáncer de hígado, por ejemplo. Allí, absorbería cualquier fármaco no absorbido por el tumor, evitando que alcance y potencialmente envenene otros órganos.
En las primeras pruebas en cerdos, el absorbente de fármaco recubierto de polímero absorbió, de media, 64 por ciento de un fármaco contra el cáncer de hígado, el agente quimioterápico doxorrubicina, inyectado corriente arriba.
"Los cirujanos introducen un alambre en el torrente sanguíneo y colocan la esponja como un stent, y déjelo puesto durante el tiempo que le dé quimioterapia, tal vez unas horas, "dijo Nitash Balsara, profesor de ingeniería química y biomolecular en la Universidad de California, Berkeley, y un científico de la facultad en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley.
"Debido a que es un dispositivo temporal, hay una barra más baja en términos de aprobación por parte de la FDA, "dijo Steven Hetts, un radiólogo intervencionista de la UC San Francisco que se acercó por primera vez a Balsara en busca de una forma de eliminar los medicamentos del torrente sanguíneo. "Creo que este tipo de quimiofiltro es una de las vías más cortas para los pacientes".
La mayoría de los medicamentos contra el cáncer son venenosos, por lo que los médicos caminan por una línea delicada al administrar la quimioterapia. Una dosis debe ser suficiente para matar o detener el crecimiento de las células cancerosas. pero no lo suficientemente alto como para dañar irreparablemente los otros órganos del paciente. Aún así, la quimioterapia suele ir acompañada de efectos secundarios importantes, incluyendo náuseas, vómitos diarrea y supresión del sistema inmunológico, por no hablar de la caída del cabello y las úlceras.
"Estamos desarrollando esto en torno al cáncer de hígado porque es una gran amenaza para la salud pública (hay decenas de miles de casos nuevos cada año) y ya tratamos el cáncer de hígado con quimioterapia intraarterial". ", Dijo Hetts." Pero si lo piensas, podría utilizar este tipo de enfoque para cualquier tumor o enfermedad que se limite a un órgano, y desea absorber el medicamento en el lado venoso antes de que pueda distribuirse y causar efectos secundarios en otras partes del cuerpo. En última instancia, nos gustaría utilizar esta tecnología en otros órganos para tratar tumores renales y cerebrales ".
Hetts, Balsara y sus colegas de UC Berkeley, UCSF y la Universidad de Carolina del Norte, Chapel Hill, publicará sus resultados en línea el 9 de enero en la revista Ciencia Central ACS , una publicación de acceso abierto de la American Chemical Society.
Tratamientos más suaves
Hetts, el jefe de neurorradiología intervencionista de los hospitales UCSF Mission Bay, trata los tumores del ojo y el cerebro insertando catéteres a través del torrente sanguíneo para administrar medicamentos de quimioterapia directamente en el sitio del tumor. Esto administra la dosis máxima al tumor y la dosis mínima al resto del cuerpo. minimizando los efectos secundarios. Es una gran mejora con respecto a la inyección de medicamentos de quimioterapia directamente en el torrente sanguíneo, lo que permite que las drogas alcancen y envenenen todas las partes del cuerpo y se juegue con el tumor sucumbiendo ante el paciente. Sin embargo, típicamente más de la mitad de la dosis inyectada en el cuerpo escapa del órgano diana.
Muchos años atrás, comenzó a pensar en una mejora importante:filtrar la sangre que sale del órgano objetivo para eliminar el exceso de quimioterapia de modo que una cantidad mucho menor del fármaco llegue al cuerpo en su totalidad.
El tratamiento del cáncer de hígado ha avanzado desde la administración intravenosa de medicamentos de quimioterapia, que afecta no solo al tumor y al hígado, sino también a los órganos de todo el cuerpo (rojo, izquierda), a la quimioterapia intraarterial (centro), que limita la propagación de la droga, aunque hasta la mitad todavía puede salir del hígado para envenenar el resto del cuerpo. El absorbente propuesto absorbería el fármaco no utilizado que sale del hígado, reduciendo drásticamente los efectos no deseados en otros órganos (derecha). Crédito:Anand Patel, MARYLAND, UCSF
Balsara, un ingeniero químico que se especializa en polímeros iónicos para baterías y pilas de combustible, es una de las personas a las que Hetts se acercó para encontrar un absorbente adecuado para poner en el torrente sanguíneo. En 2016, Chelea Chen, ex becaria postdoctoral de UC Berkeley y Berkeley Lab, identificó un polímero iónico, no a diferencia de los polímeros utilizados en las pilas de combustible, que absorbió eficientemente la doxorrubicina,
"Un absorbedor es un concepto estándar de ingeniería química, "Dijo Balsara." Los absorbentes se utilizan en la refinación de petróleo para eliminar productos químicos no deseados como el azufre. Literalmente, hemos eliminado el concepto de refinación de petróleo y lo hemos aplicado a la quimioterapia ".
Ese polímero llevó al equipo de Balsara a una versión comercial del polímero absorbente que era más fácil de obtener en grandes cantidades. y el postdoctorado de Berkeley, Hee Jeung Oh, pasaron más de un año perfeccionando una forma de adherir el polímero a un cilindro impreso en 3D con puntales entrecruzados que podrían colocarse dentro de la vena de una persona.
"Es importante colocar el cilindro en la vena; si el ajuste es deficiente, luego, la sangre con el fármaco disuelto pasará por el cilindro sin interactuar con el absorbente, ", Dijo Balsara. Reconociendo la necesidad de personalizar el dispositivo para pacientes individuales, Balsara solicitó la ayuda de un colaborador de mucho tiempo, Joseph DeSimone, el CEO de Carbon, C ª., una empresa de impresión 3D en Redwood City.
Un dispositivo probado en cerdos puede absorber medicamentos de quimioterapia (administrados con jeringa) del torrente sanguíneo después de que hayan hecho su trabajo en un tumor. Crédito:Hee Jeung Oh
En los experimentos informados en Ciencia Central ACS , Hetts implantó el dispositivo impreso en 3D en la vena de un cerdo y midió la cantidad de doxorrubicina inyectada corriente arriba que quedaba corriente abajo del absorbedor. En un cerdo sano aproximadamente el 64 por ciento de la droga se eliminó.
Actualmente se encuentran en medio de experimentos para determinar cuánta droga se absorbe cuando el dispositivo se implementa a la salida de un hígado de cerdo sano. aunque la verdadera prueba será en humanos, tal vez en un par de años, Dijo Hetts.
"Esta es una validación in vivo de primer nivel que sí, este dispositivo se unirá a la droga en el torrente sanguíneo, ", dijo." Pero la experimentación extensiva con animales no es el siguiente camino; el siguiente camino es obtener la aprobación condicional de la FDA para realizar los primeros estudios en humanos, porque es mucho más realista probarlos en personas que tienen cáncer en lugar de continuar haciéndolo en cerdos jóvenes que por lo demás tienen hígados sanos ".
Hetts dice que la técnica es superior a otro tratamiento para el cáncer de hígado que ahora se está probando, que requiere una cirugía endovascular importante para bloquear completamente las salidas del hígado con globos y desviar la sangre que fluye hacia una máquina de diálisis externa, donde se elimina el fármaco y la sangre regresa al cuerpo.
"Hay muchas oportunidades para desarrollar dispositivos menos invasivos que unirán el fármaco de una manera más suave, " él dijo.
Las esponjas de medicamentos se pueden aplicar a muchos tipos de tumores y medicamentos de quimioterapia, Hetts dijo:y potencialmente podría usarse para absorber otras drogas peligrosas, como los antibióticos de alta potencia que son tóxicos para los riñones pero necesarios para matar un patógeno.
"Creemos que este es un concepto de aplicación general, " él dijo.
