Los investigadores de la Universidad Johns Hopkins han creado partículas de tamaño nanométrico biodegradables que pueden deslizarse fácilmente a través de las secreciones mucosas viscosas y pegajosas del cuerpo para entregar una carga de medicamentos de liberación sostenida.
Los investigadores dicen que estas nanopartículas, que se degradan con el tiempo en componentes inofensivos, algún día podría llevar medicamentos que salvan vidas a pacientes que padecen docenas de problemas de salud, incluidas las enfermedades de los ojos, pulmón, intestino o aparato reproductor femenino.
Las nanopartículas biodegradables que penetran el moco fueron desarrolladas por un equipo interdisciplinario dirigido por Justin Hanes, profesor de ingeniería química y biomolecular en la Escuela de Ingeniería Whiting de Johns Hopkins. El trabajo del equipo se informó recientemente en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias . Los colaboradores de Hanes incluyeron a la experta en fibrosis quística Pamela Zeitlin, profesor de pediatría en la Escuela de Medicina Johns Hopkins y director de medicina pulmonar pediátrica en el Centro Infantil Johns Hopkins.
Estas nanopartículas, Zeitlin dijo:podría ser un medio ideal para administrar medicamentos a personas con fibrosis quística, una enfermedad que mata a niños y adultos al alterar las barreras mucosas en los pulmones y el intestino.
"El moco de la fibrosis quística es notoriamente espeso y pegajoso y representa una enorme barrera para la administración de medicamentos en aerosol, ", dijo." En nuestro estudio, las nanopartículas fueron diseñadas para viajar a través del moco de la fibrosis quística a una velocidad mucho mayor que nunca, mejorando así la administración de fármacos. Este trabajo es de vital importancia para avanzar con la próxima generación de terapias basadas en genes y moléculas pequeñas ".
Más allá de sus aplicaciones potenciales para pacientes con fibrosis quística, las nanopartículas también podrían usarse para ayudar a tratar trastornos como el cáncer de pulmón y de cuello uterino, e inflamación de los senos nasales, ojos, pulmones y tracto gastrointestinal, dijo Benjamin C. Tang, autor principal del reciente artículo de la revista y becario postdoctoral en el Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular.
"La quimioterapia generalmente se administra a todo el cuerpo y tiene muchos efectos secundarios no deseados, ", dijo." Si los medicamentos se encapsulan en estas nanopartículas y se inhalan directamente en los pulmones de los pacientes con cáncer de pulmón, los medicamentos pueden llegar a los tumores de pulmón con mayor eficacia, y se pueden lograr mejores resultados, especialmente para pacientes diagnosticados con cáncer de pulmón de células no pequeñas en estadio temprano ".
En los pulmones ojos, tracto gastrointestinal y otras áreas, el cuerpo humano produce capas de moco para proteger los tejidos sensibles. Pero un efecto secundario indeseable es que estas barreras mucosas también pueden mantener alejados a los medicamentos útiles.
En experimentos de prueba de concepto, Los equipos de investigación anteriores dirigidos por Hanes demostraron anteriormente que las partículas de látex recubiertas con polietilenglicol podían deslizarse a través de los recubrimientos de moco. Pero las partículas de látex no son un material práctico para administrar medicamentos a pacientes humanos porque el cuerpo no las descompone. En el nuevo estudio, los investigadores describieron cómo dieron un importante paso adelante en la producción de nuevas partículas que se biodegradan en componentes inofensivos mientras entregan su carga útil de fármaco a lo largo del tiempo.
"El mayor avance aquí es que pudimos fabricar nanopartículas biodegradables que pueden penetrar rápidamente las secreciones mucosas espesas y pegajosas". y que estas partículas pueden transportar una amplia gama de moléculas terapéuticas, desde pequeñas moléculas como quimioterápicos y esteroides hasta macromoléculas como proteínas y ácidos nucleicos, "Hanes dijo." Anteriormente, no pudimos obtener este tipo de tratamientos de liberación sostenida a través de las capas mucosas pegajosas del cuerpo de manera efectiva ".
Las nuevas partículas biodegradables comprenden dos partes hechas de moléculas que se utilizan habitualmente en los medicamentos existentes. Un núcleo interno compuesto en gran parte por ácido polisebácico (PSA), atrapa agentes terapéuticos en su interior. Un revestimiento exterior particularmente denso de moléculas de polietilenglicol (PEG), que están vinculados a PSA, permite que una partícula se mueva a través del moco casi tan fácilmente como si se moviera a través del agua y también permite que el fármaco permanezca en contacto con los tejidos afectados durante un período de tiempo prolongado.
En estudios previos de Hanes con partículas que penetran el moco, Las partículas de látex podrían recubrirse eficazmente con PEG pero no podrían liberar fármacos ni biodegradarse. A diferencia del látex, sin embargo, El PSA puede degradarse en moléculas naturales que el cuerpo descompone y elimina a través del riñón. por ejemplo. A medida que las partículas se descomponen, las drogas cargadas en el interior se liberan.
Esta propiedad del PSA permite la liberación sostenida de fármacos, dijo Samuel Lai, profesor asistente de investigación en el Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular, mientras que diseñarlos para la penetración del moco les permite llegar más fácilmente a tejidos inaccesibles.
Jie Fu, un profesor asistente de investigación, también del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular, dijo, "A medida que se degrada, el PSA se elimina junto con el fármaco durante un período de tiempo controlado que puede llegar a días o semanas ".
El polietilenglicol actúa como un escudo para proteger a las partículas de interactuar con las proteínas en el moco que harían que se aclararan antes de liberar su contenido. En un informe de investigación relacionado, el grupo demostró que las partículas pueden encapsular eficazmente varios quimioterápicos, y que una sola dosis de partículas cargadas de fármaco pudo limitar el crecimiento tumoral en un modelo de ratón de cáncer de pulmón durante hasta 20 días.
