(PhysOrg.com) - Una de las promesas de la nanomedicina es el diseño de partículas diminutas que pueden ubicarse en las células enfermas y entrar en ellas. Las nanopartículas pueden transportar medicamentos al interior de las células y marcar las células para la resonancia magnética y otras pruebas de diagnóstico; y eventualmente pueden incluso ingresar al núcleo de una célula para reparar genes dañados. Desafortunadamente, diseñarlos implica tanta suerte como ingeniería.
"Todo en nanomedicina en este momento es impredecible en lo que respecta al destino biológico de las nanopartículas, ", dijo Jennifer West, investigadora de bioingeniería de la Universidad de Rice." No existe una comprensión sistemática de cómo diseñar una partícula para lograr un objetivo determinado en términos de dónde va en una célula o si incluso entra en una célula ".
El laboratorio de West y otros 11 en el Texas Medical Center, incluidos tres en Rice's BioScience Research Collaborative, esperan cambiar eso, gracias a una subvención Grand Opportunity (GO) de $ 3 millones de los Institutos Nacionales de Salud. Los NIH establecieron el programa de subvenciones GO con fondos de la Ley de Reinversión y Recuperación Estadounidense (ARRA).
Un problema al que se enfrentan los científicos hoy en día es que las nanopartículas vienen en muchas formas y tamaños y pueden estar hechas de materiales muy diferentes. Algunas nanopartículas son esféricas. Otros son largos y delgados. Algunos están hechos de plástico biodegradable y otros de oro, carbono o metales semiconductores. Y a veces el tamaño, más que la forma o el material, es lo más importante.
West demuestra esto usando un video en su computadora que fue creado por el investigador de subvenciones de Rice GO, Junghae Suh. La película se creó tomando una imagen con un microscopio cada pocos segundos. En el video, decenas de partículas se mueven dentro de una célula. La mitad de las partículas están marcadas con un tinte rojo fluorescente y se mueven muy lentamente. El resto son verdes y se deslizan de un lugar a otro.
"Están hechos del mismo material y tienen la misma química, "dijo West, Isabel C. Cameron, profesora de Rice y directora del departamento de Bioingeniería. "Son simplemente de diferentes tamaños. Sin embargo, se pueden ver las profundas diferencias en cómo se mueven en la célula. A medida que comenzamos a explorar más en el rango de tamaños y en la alteración de la química de las partículas, creemos que es probable que veamos impactos aún mayores en el lugar donde van las cosas dentro de la célula ".
El trabajo de determinar si ese es el caso recae en Suh, profesor asistente de bioingeniería en Rice. A diferencia de otros estudios en el campo, que se basan en instantáneas de células muertas, El método de Suh permite a los investigadores rastrear partículas individuales en células vivas. Su laboratorio utilizará el método en comparaciones paralelas de partículas proporcionadas por los otros 11 laboratorios del estudio.
En todo, Se estudiarán ocho clases de nanopartículas. Estos incluyen largos, tubos delgados de carbono puro llamados fullerenos, pequeñas motas de semiconductores llamados puntos cuánticos, varillas y esferas de oro puro, así como nanoconchas, nanopartículas inventadas en Rice que consisten en un núcleo de vidrio cubierto por una fina capa de oro. Además, El laboratorio de Suh examinará partículas orgánicas hechas de polietilenglicol y quitosano.
"Usaremos un método llamado seguimiento de una sola partícula para capturar la dinámica del movimiento de nanopartículas en células vivas, "Suh dijo." Usando microscopía confocal, primero creamos películas de las partículas a medida que transitan por las células. Luego, utilizamos software de procesamiento de imágenes para extraer información sobre qué tan rápido se mueven, qué regiones les atraen, etc. Comparando el movimiento y el destino de las diversas nanopartículas diseñadas por los múltiples laboratorios de investigación, esperamos identificar correlaciones entre las propiedades fisicoquímicas de una nanopartícula y su comportamiento intracelular ".
Al final del estudio de dos años, el equipo espera tener una base de datos que registre la respuesta esperada de partículas de un tamaño determinado, tipo y química. Por último, la esperanza es proporcionar a los investigadores una herramienta que ayude a predecir cómo es probable que se comporte una partícula en particular. Ese, Sucesivamente, podría ayudar a los investigadores a acelerar el desarrollo de nuevos tratamientos para enfermedades.
"Queremos saber dónde van las partículas dentro de la célula, con qué orgánulos se asocian, si se asocian o no con alguna de las estructuras citoesqueléticas y cómo se mueven dentro de la célula, "Suh dijo." Para diferentes aplicaciones, querrás que tus partículas vayan a diferentes lugares. Necesitamos saber adónde van y cómo se comportan para poder diseñar la partícula adecuada para un trabajo en particular ".
"Estamos encantados de tener la oportunidad de unir fuerzas para estudiar esto, ", Dijo Suh." Es el tipo de problema que requiere el tipo de apoyo que los NIH brindan con los fondos de ARRA. Es un problema que realmente requiere un enfoque multidisciplinar, enfoque interinstitucional ".
Los otros investigadores principales del proyecto incluyen a Rebekah Drezek y Lon Wilson, ambos de arroz; Mauro Ferrari, Paolo Decuzzi, David Gorenstein, Jim Klostergaard, Chun Li, Gabriel Lopez-Berestein y Anil Sood, todo el Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad de Texas en Houston; y Wah Chiu de Baylor College of Medicine.
Los fondos de la subvención GO son proporcionados por el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales de los NIH. Los NIH establecieron el programa de subvenciones GO para apoyar proyectos que abordan grandes esfuerzos de investigación específicos que probablemente generen crecimiento e inversión a corto plazo en investigación y desarrollo biomédicos, salud pública y prestación de servicios de salud.
Proporcionado por Rice University
