(PhysOrg.com) - Fusionando la nanotecnología y la investigación médica, Laboratorios Nacionales Sandia, la Universidad de Nuevo México, y el Centro de Investigación y Tratamiento del Cáncer de la UNM han elaborado una estrategia eficaz que utiliza nanopartículas para destruir las células cancerosas con una mezcla de fármacos asesinos.

En el artículo de portada de la edición de mayo de Materiales de la naturaleza , disponible en línea el 17 de abril, Los investigadores describen nanopartículas de sílice de unos 150 nanómetros de diámetro en forma de panal de cavidades que pueden almacenar grandes cantidades y variedades de fármacos.

"La enorme capacidad del núcleo nanoporoso, con su gran superficie, combinado con la orientación mejorada de una bicapa de lípidos encapsulantes [llamada liposoma], permitir que una sola 'protocélula' cargada con un cóctel de medicamentos mate una célula cancerosa resistente a los medicamentos, "dice el investigador de Sandia y profesor de la UNM Jeff Brinker, el investigador principal. "Eso es un aumento de un millón de veces en la eficiencia con respecto a métodos comparables que emplean liposomas solos, sin nanopartículas, como portadores de fármacos".

Las nanopartículas y las membranas celulares circundantes formadas a partir de liposomas juntas se convierten en la combinación conocida como protocélula:la membrana sella la carga mortal y se modifica con moléculas (péptidos) que se unen específicamente a los receptores sobreexpresados ​​en la superficie de la célula cancerosa. (Demasiados receptores es una señal de que la célula es cancerosa). Las nanopartículas proporcionan estabilidad a la membrana soportada y contienen y liberan la carga terapéutica dentro de la célula.

Una estrategia actual de entrega de nanopartículas aprobada por la Administración de Alimentos y Medicamentos es usar los propios liposomas para contener y entregar la carga. En una comparación directa de liposomas y protocélulas dirigidas con composiciones idénticas de membrana y péptidos, Brinker y sus colegas informan que la mayor capacidad de carga, La estabilidad y la eficacia de direccionamiento de las protocélulas conduce a una citotoxicidad [destrucción] mucho mayor dirigida específicamente a las células de cáncer de hígado humano.

Otra ventaja de las protocélulas sobre los liposomas solos, dice la autora principal Carlee Ashley, un becario postdoctoral Harry S. Truman en el sitio de Sandia en California en Livermore, es que los liposomas utilizados como portadores necesitan estrategias de carga especializadas que dificultan el proceso. "Hemos demostrado que podemos simplemente remojar nanopartículas para cargarlas con combinaciones de medicamentos únicas necesarias para la medicina personalizada. Encapsulan de manera efectiva las toxinas, así como el ARNip [ácido ribonucleico] que silencia las expresiones de las proteínas".

ARN, el mensajero biológico que le dice a las células qué proteínas fabricar, en este caso se usa para silenciar la fábrica celular, una forma de causar apoptosis o muerte celular. "Si" es la abreviatura de "silencio".

Los lípidos también sirven como un escudo que impide que los medicamentos de quimioterapia tóxicos se escapen de la nanopartícula hasta que la protocélula se una y se adhiera a la célula cancerosa. Esto significa que pocos venenos se filtran en el sistema del huésped humano, si las protocélulas no encuentran células cancerosas. Este encubrimiento mitiga los efectos secundarios tóxicos que se esperan de la quimioterapia convencional.

En lugar de, las partículas, creadas lo suficientemente pequeñas como para flotar por debajo del radar del hígado y otros órganos de limpieza, pueden circular inofensivamente durante días o semanas, dependiendo de su tamaño de ingeniería, buscando su presa.

El colaborador David Peabody creó una biblioteca de fagos (virus que atacan a las bacterias) en el centro oncológico acreditado a nivel nacional de la UNM. Esto permitió a los investigadores exponer los fagos a un grupo de células cancerosas y células normales, permitiendo la identificación de péptidos que se unen específicamente a las células cancerosas pero no a las células normales.

"Las proteínas modificadas con un péptido dirigido que se une a un carcinoma particular exhiben un 10, 000 veces mayor afinidad por ese cáncer que por otras células no relacionadas, "Dijo Ashley.

Brinker agrega, "Una característica clave de nuestra protocélula es que su bicapa fluida permite la unión de alta afinidad con solo algunos de estos péptidos en general. Esto reduce la unión inespecífica y la respuesta inmune".

El método se está probando en células cancerosas humanas in vivo. y en breve se probará en tumores de ratón en el centro de cáncer de la UNM.

Los investigadores continúan optimizando el tamaño de la partícula de sílice porosa, que se forma aerosolizando una solución precursora. El proceso de fabricación de nanopartículas porosas, llamado autoensamblaje inducido por evaporación, y fue pionero en el laboratorio Brinker:produce partículas de 50 nm a varios micrones de diámetro. Los tamaños de partículas entre 50 y 150 nanómetros de diámetro son ideales para maximizar la circulación y la absorción en las células cancerosas. por lo que las partículas se preseleccionan por tamaño antes de su formación en protoceldas.

"Sus dimensiones generales determinan qué tan ampliamente se distribuirán en el torrente sanguíneo, "Dijo Brinker." Estamos alterando nuestra síntesis para favorecer los tamaños más pequeños ".

También son importantes para el tiempo de circulación de la partícula su carga eléctrica y su hidrofobicidad [evitar el agua], lo que puede mejorar o restar valor a su capacidad para permanecer libre de enredos moleculares o energéticos no deseados.

El método puede estar disponible comercialmente en cinco años, estiman los investigadores.