(Phys.org) - A medida que madura el campo de la nanomedicina, Un punto de discusión emergente ha sido la forma que deberían tener las nanopartículas para entregar sus cargas útiles de drogas o ADN de la manera más eficaz.

Un par de nuevos artículos de científicos del Instituto de Investigación del Hospital Metodista (TMHRI) y otras seis instituciones sugieren que estos caballos de batalla microscópicos deberían tener forma de disco, no esféricos ni en forma de varilla, cuando se dirige a cánceres en o cerca de los vasos sanguíneos.

"La gran mayoría, tal vez el 99 por ciento, del trabajo que se está realizando en este momento está utilizando nanopartículas esféricas, "dijo el ingeniero biomédico de TMHRI Paolo Decuzzi, Doctor., investigador principal de ambos proyectos. "Pero la evidencia muestra que puede haber mejores formas de llevar los medicamentos de quimioterapia al sitio de un cáncer vascularizado".

A pesar de su popularidad, hay problemas con las nanopartículas en forma de esfera. Son pequeños y no pueden administrar muchos medicamentos cuando finalmente alcanzan sus objetivos. Y también es más probable que sean empujados río abajo por el poderoso flujo de sangre.

"La pequeña superficie expuesta por nanopartículas esféricas a las paredes de los vasos sanguíneos - teóricamente un solo punto - en el tejido tumoral no puede sostener estable, adherencia firme y se lavan fácilmente. Y esto dificulta su acumulación efectiva dentro del tejido enfermo, "Dijo Decuzzi." Así que varios laboratorios han estado preguntando, ¿Cómo podemos maximizar la acumulación de nanopartículas en los tejidos enfermos? ¿Hay una forma mejor? "

En los Biomaterials de agosto de 2012 (Elsevier, Ahora en línea), Decuzzi y sus coautores demuestran que en diferentes velocidades de flujo biológicamente relevantes, Las nanopartículas en forma de disco tenían menos probabilidades de ser expulsadas de sus objetivos que las nanopartículas en forma de varilla, otra forma propuesta anteriormente como alternativa a las esferas. El tamaño ideal era 1, 000 por 400 nanómetros (diámetro por espesor). Los experimentos se realizaron in vitro y se confirmaron mediante modelos computacionales.

Las nanopartículas esféricas se construyen alrededor de la carga útil del fármaco de forma gratuita Moda tridimensional a través del autoensamblaje. La partícula crece uniformemente en todas direcciones, formando una nanopartícula esférica o casi esférica.

El grupo de nanomedicina metodista, dirigido por el presidente y director ejecutivo de TMHRI, Mauro Ferrari, Doctor., ha desarrollado una técnica completamente diferente. Las nanopartículas en forma de disco se crean con tecnología fotolitográfica, las mismas herramientas que se utilizan para fabricar los componentes más pequeños de las computadoras. La fotolitografía permite a Ferrari, Decuzzi, y colegas para especificar el tamaño, la forma y las propiedades superficiales de las nanopartículas con gran precisión. Las nanopartículas están construidas con agujeros en forma de esponja a través de ellas, que es donde se cargan las drogas.

"Podemos cambiar el tamaño, forma, y propiedades superficiales - parámetros '3S' - de las partículas de forma independiente, "Dijo Decuzzi." Es una técnica muy poderosa ".

Las nanopartículas están construidas con silicio, y las moléculas biológicamente relevantes se unen posteriormente al exterior para mejorar la unión a las células diana y retrasar la destrucción por parte del sistema inmunológico. El silicio tiene un perfil de toxicidad extremadamente bajo en las dosis típicamente utilizadas en humanos y modelos animales. Decuzzi dijo que las nanopartículas de silicio se descomponen y eliminan fácilmente del cuerpo en 24 a 48 horas.

El segundo artículo publicado por Decuzzi y colegas, en febrero de 2012 Diario de liberación controlada (también Elsevier), utilizó modelos de ratón para mostrar que 1, 000 por 400 nm nanopartículas en forma de disco se unen fácilmente a las células de melanoma y cerca de ellas, del 5 al 10 por ciento de la dosis inyectada por órgano gramo, concentraciones que son competitivas o mejores que las informadas anteriormente para las nanopartículas esferoides. Los investigadores también mostraron que los discos de 1000 por 400 nm eran menos probables (que los discos más pequeños o más grandes, o varillas) para terminar en el hígado.

"Estos dos artículos son la culminación de ocho años de trabajo, mirando las propiedades del disco-, varilla-, y nanopartículas esféricas en simulaciones por computadora, in vitro, y luego in vivo, "Dijo Decuzzi." Lo que ha sido más gratificante es que todas las cosas importantes que predijimos a través de modelos matemáticos resultaron ser ciertas en experimentos de la vida real. Nos estamos acercando a responder preguntas cruciales sobre cómo deben verse estas nanopartículas ".

Decuzzi dice que su grupo seguirá trabajando en la optimización de nanopartículas y, en particular, analizará lo que él llama el problema de las "4S". Después de establecer el tamaño correcto, forma, y química superficial, Decuzzi dice que quiere ver si la cantidad correcta de rigidez, o flexibilidad, puede mejorar aún más el rendimiento in vivo de las nanopartículas.