Xiaohui "Frank" Zhang está integrando la física, inmunología y biología para desarrollar un "nanodispositivo" que podría proporcionar un nuevo tratamiento para el accidente cerebrovascular, trombosis y aterosclerosis.

Zhang, profesor asistente de ingeniería mecánica y mecánica y miembro de la facultad del programa de bioingeniería, dirige un equipo de investigación interdisciplinario que busca administrar medicamentos a regiones específicas del cuerpo humano.

Su dispositivo mide decenas de nanómetros de tamaño.

Los investigadores estudian el mecanismo de detección:cómo las células perciben y responden a los estímulos mecánicos. El mecanismo de detección es crucial en el desarrollo de los tejidos y la progresión de las enfermedades cardiovasculares.

"De las tres formas básicas en que las células se comunican entre sí:química, eléctrico y mecánico:el último es, con mucho, el menos entendido, ”Dice Zhang.

Una de las razones por las que la detección mecánica no se estudia extensamente es porque las fuerzas mecánicas impuestas a las células ocurren a nivel molecular, él dice.

"Es muy difícil medir y ejercer fuerza sobre las moléculas".

Un nanodispositivo con interruptor mecánico

Zhang usa espectroscopia de fuerza de una sola molécula para monitorear, manipular y medir fuerzas mecánicas. Con pinzas ópticas, ejerce fuerzas diminutas sobre las muestras y registra la dinámica de la conformación de las proteínas y la respuesta mecánica en tiempo real.

Su equipo estudia la integrina, una molécula de proteína que sirve como sensor mecánico para transmitir señales a través de la membrana celular. La hipótesis es que la integrina alterará su forma en respuesta a estímulos mecánicos, actuando así como un "interruptor" para transmitir una señal.

El equipo también estudia la transmisión de señales mecánicas a través de la membrana celular y monitorea la interacción entre las señales mecánicas y las actividades bioquímicas. El objetivo es desarrollar un nanodispositivo conmutable mecánicamente para la terapia con medicamentos dirigidos.

"Cuando pones un medicamento en el torrente sanguíneo, se dispersa por todo el cuerpo, ”Dice Zhang. “Un nanodispositivo podría transportar un fármaco a través del torrente sanguíneo hasta un lugar específico. Cuando se activa por estímulos mecánicos, sufriría un cambio de forma y liberaría su fármaco precargado ".

Los nanodispositivos se pueden utilizar en biosensores y diagnósticos, y podría ayudar a lograr un bajo costo, tratamiento de trombosis con efectos secundarios bajos, accidente cerebrovascular y aterosclerosis.

El equipo de Zhang está diseñando un polímero que imita una molécula de coagulación sanguínea llamada Factor von Willebrand (vWF), que se une a las plaquetas durante el flujo sanguíneo rápido.

Por diversos intereses, un solo propósito

Zhang obtuvo un B.S. en física, estudió fisiología y biofísica en la escuela de medicina, y capacitado en inmunología antes de unirse a la facultad.

Este trasfondo diverso lo llevó a la mecanobiología, que incorpora técnicas de la física, biología, química, simulación por ordenador y síntesis de polímeros.

Su equipo en Lehigh incluye un becario postdoctoral en física, un investigador asociado con educación médica, y estudiantes de pregrado en biología, ingeniería y física.

"Todos aportan algo diferente a la mesa, ”, Dice.

El énfasis de Lehigh en el estudio interdisciplinario, dice Zhang, se alinea con su enfoque de investigación.

“La verdadera emoción de este proyecto es que estamos tratando de comprender la naturaleza. Eso requiere un enfoque interdisciplinario para determinar cómo funciona la molécula. No hay mejor lugar para hacer esto que en Lehigh ".