En una escala de 1 a 100 nanómetros (nm), una mil millonésima parte de un metro, las nanopartículas son demasiado pequeñas para ser visibles a través de un microscopio tradicional. Pero esta escala extremadamente pequeña los convierte en candidatos potenciales para la administración de medicamentos dirigida, capaz de identificar con precisión las fuentes de enfermedades con mayor eficiencia y efectos secundarios mínimos en los tejidos circundantes.
Usando una novela, sistema de imágenes en tiempo real, Los científicos han rastreado un grupo de nanopartículas fluorescentes en el infrarrojo cercano de los espacios aéreos de los pulmones. dentro del cuerpo y fuera de nuevo, proporcionar una descripción de las características y el comportamiento de estas partículas diminutas que podrían usarse en el desarrollo de agentes terapéuticos para tratar la enfermedad pulmonar, además de ofrecer una mayor comprensión de los efectos de la contaminación del aire en la salud.
Dirigido por investigadores del Beth Israel Deaconess Medical Center (BIDMC) y la Escuela de Salud Pública de Harvard, Los hallazgos se describen en la edición Advance Online del 7 de noviembre de la revista. Biotecnología de la naturaleza .
En una escala de uno a 100 nanómetros (nm), una mil millonésima parte de un metro, las nanopartículas son demasiado pequeñas para ser visibles a través de un microscopio tradicional. Pero esta escala extremadamente pequeña los convierte en candidatos potenciales para la administración de medicamentos dirigida, capaz de identificar con precisión las fuentes de enfermedades con mayor eficiencia y efectos secundarios mínimos en los tejidos circundantes.
"Las nanopartículas son prometedoras como agentes terapéuticos para una serie de enfermedades, "explica el coautor principal John V. Frangioni, MARYLAND, Doctor, de la División de Hematología / Oncología en BIDMC y Profesor Asociado de Medicina y Radiología en la Escuela de Medicina de Harvard (HMS), cuyo laboratorio se especializa en el desarrollo de sistemas de imagen y en el desarrollo de agentes de contraste para imagen molecular. La anatomía del pulmón, con su gran superficie y barreras mínimas que limitan el acceso al cuerpo, convierte a este órgano en un objetivo particularmente bueno para la administración de fármacos por nanopartículas.
"Nos ha interesado el destino de las partículas pequeñas después de que se depositan en lo profundo de la región de intercambio de gases del pulmón, "agrega el coautor principal Akira Tsuda, Doctor, científico investigador del Programa de Ciencias Fisiológicas Moleculares e Integrativas del Departamento de Salud Ambiental de la Escuela de Salud Pública de Harvard. "Determinar las características fisicoquímicas de las nanopartículas inhaladas sobre su capacidad para cruzar la superficie epitelial alveolar [de los pulmones] es un paso importante para comprender los efectos biológicos asociados con la exposición a estas partículas".
Trabajo anterior de Frangioni y el primer autor Hak Soo Choi, Doctor, un Instructor de Medicina en HMS, había establecido las características de las nanopartículas que regulan el aclaramiento del cuerpo. "Para ser clínicamente valioso, las nanopartículas deben ser capaces de biodegradarse en compuestos biológicamente inertes, o ser eliminado eficientemente del cuerpo, "dice Choi, explicando que la acumulación de nanopartículas puede ser tóxica.
El objetivo de este nuevo estudio fue determinar las características y parámetros de las nanopartículas inhaladas que median su absorción en el cuerpo, desde el entorno externo, a través de la superficie del pulmón alveolar y hacia el sistema linfático y el torrente sanguíneo y, finalmente, hacia otros órganos. Para hacer esto, los científicos utilizaron el sistema de imágenes FLARE ™ (Resección y exploración asistidas por fluorescencia), Variando sistemáticamente la composición química, Talla, forma y carga superficial de un grupo de nanopartículas fluorescentes del infrarrojo cercano para comparar las propiedades fisicoquímicas de las diversas partículas diseñadas. Luego, los investigadores rastrearon el movimiento de las diferentes nanopartículas en los pulmones de modelos de ratas durante un período de una hora. y también resultados verificados utilizando trazadores radiactivos convencionales.
"El sistema FLARE nos permitió reducir el número de experimentos a la mitad mientras realizamos comparaciones directas de nanopartículas de diferentes tamaños, formas y rigideces, "explica Frangioni, cuyo laboratorio desarrolló el sistema FLARE para su uso en cirugía oncológica guiada por imágenes, así como para otras aplicaciones.
Sus resultados establecieron que las nanopartículas con carga no positiva, menor de 34 nm de diámetro, apareció en los ganglios linfáticos que drenan los pulmones en 30 minutos. También encontraron que las nanopartículas de menos de 6 nm de diámetro con características "zwiteriónicas" (igual carga positiva y negativa) viajaban a los ganglios linfáticos de drenaje en solo unos minutos. posteriormente, los riñones lo eliminan en orina.
"Estos nuevos hallazgos se pueden aplicar para diseñar y optimizar partículas para la administración de fármacos mediante terapia de inhalación, "señala Tsuda." Esta investigación también nos guía en la evaluación de los efectos sobre la salud de varios contaminantes particulados, ya que los datos sugieren la importancia de distinguir subclases específicas de partículas [basadas en la química de la superficie y el tamaño] que pueden atravesar rápidamente el epitelio alveolar y diseminarse en el cuerpo ".
Añade Frangioni, "Este estudio complementa nuestro trabajo anterior en el que definimos las características de las nanopartículas que regulan la eliminación eficiente del cuerpo. Con estos nuevos hallazgos, que definen las características que regulan la absorción en el organismo, ahora hemos descrito un 'ciclo' completo de tráfico de nanopartículas:desde el medio ambiente, a través de los pulmones, en el cuerpo, luego sale de los riñones en la orina y regresa al medio ambiente ".
