La medicina moderna se basa principalmente en el tratamiento de pacientes con fármacos de "molécula pequeña", que incluyen analgésicos como la aspirina y antibióticos como la penicilina.

Esas drogas han prolongado la esperanza de vida humana y han hecho que muchas dolencias potencialmente mortales sean fácilmente tratables. pero los científicos creen que el nuevo enfoque de administración de fármacos a nanoescala puede ofrecer aún más progreso. La entrega de ARN o ADN a células específicas ofrece la promesa de activar o desactivar genes de forma selectiva, mientras que los dispositivos a nanoescala que pueden inyectarse o implantarse en el cuerpo podrían permitir a los médicos dirigir medicamentos a tejidos específicos durante un período de tiempo definido.

"Existe una comprensión cada vez mayor de la base biológica de las enfermedades, y una comprensión cada vez mayor de las funciones que desempeñan ciertos genes en las enfermedades, "dice Daniel Anderson, el Profesor Asociado Samuel A. Goldblith de Ingeniería Química y miembro del Instituto de Ingeniería Médica y Ciencia del MIT y del Instituto David H. Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer. "La pregunta es, '¿Cómo podemos aprovechar esto?' "

Investigadores del laboratorio de Anderson, así como muchos otros en MIT, están trabajando en nuevas formas de administrar ARN y ADN para tratar una variedad de enfermedades. El cáncer es un objetivo principal, pero las entregas de material genético también podrían ayudar con muchas enfermedades causadas por genes defectuosos, incluyendo la enfermedad de Huntington y la hemofilia. "Hay muchos genes que creemos que si pudiéramos apagarlos o encenderlos, podría ser terapéutico, "Dice Anderson.

Una vía prometedora es la interferencia de ARN (ARNi), un proceso natural que permite a las células ajustar su expresión genética. Las hebras cortas de ARN llamadas ARNip interceptan y destruyen el ARN mensajero antes de que pueda llevar instrucciones de construcción de proteínas desde el ADN al resto de la célula. Los científicos esperan que al crear su propio ARNip para apuntar a genes específicos, podrán desactivar los genes que causan enfermedades.

Sin embargo, este potencial aún no se ha realizado debido a los desafíos para administrar ARNip de manera segura a los tejidos correctos y evitar otros tejidos. Usar virus es una posibilidad, pero es una opción que conlleva algunos riesgos de seguridad, muchos investigadores ahora están investigando vehículos de entrega sintéticos para material genético.

El laboratorio de Anderson está desarrollando materiales llamados lipidoides, moléculas grasas que pueden envolver y entregar hebras de ARNip. Los estudios han demostrado que estos materiales pueden administrar ARN de manera efectiva y encoger tumores en animales; Los investigadores del MIT ahora están trabajando en desarrollarlos para pruebas en humanos. Estas partículas pueden entregar muchas secuencias de ARN a la vez, permitiendo a los investigadores apuntar a múltiples genes. "Muchas de estas enfermedades, en particular el cáncer, son complicados y pueden requerir la desactivación de varios genes, o desactivar algunos genes y activar algunos genes, "Dice Anderson.

Anderson también está utilizando una técnica llamada origami de ácido nucleico para doblar el ADN y el ARN en estructuras adecuadas para atacar las células cancerosas. Origami de ácido nucleico, desarrollado en los últimos años, permite un control extremadamente preciso sobre la ubicación de cada átomo dentro de una estructura, algo que es difícil de lograr con otros tipos de nanopartículas, Anderson dice.

En un estudio de 2012 con ratones, Anderson mostró que las nanopartículas de ADN plegadas etiquetadas con folato se acumulan en las células de cáncer de ovario, que expresan muchos más receptores de folato en sus superficies que las células sanas.

Enfoque multifacético

Paula Hammond, el profesor de ingeniería David H. Koch y miembro del Instituto Koch, también está desarrollando nuevos materiales para administrar ARN y fármacos tradicionales. Usando su técnica de ensamblaje capa por capa, ella está creando nanopartículas que incorporan capas de múltiples tipos de ARN, o combinar ARN con un fármaco de quimioterapia.

Este ataque de múltiples frentes podría permitir a los investigadores diseñar tratamientos que corten muchas de las posibles rutas de escape de las células tumorales. "Estamos muy interesados ​​en buscar combinaciones que involucren ARNi que derriba la capacidad de las células para contrarrestar el ataque de quimioterapia, "Dice Hammond.

La investigación de Hammond en esta área ahora se centra en el cáncer, pero el enfoque también podría prestarse para tratar la inflamación producida por enfermedades infecciosas, ella dice. "Con RNAi, el enfoque es bastante modular, y una vez que comprenda qué genes necesita impactar, puede trabajar para orientarlos, "Dice Hammond.

El laboratorio de Hammond también está trabajando en recubrimientos de dispositivos médicos que podrían secretar medicamentos útiles, hormonas o factores de crecimiento. Uno de estos proyectos consiste en recubrir implantes de cadera con capas que secretan factores de crecimiento óseo. En estudios con animales, ha demostrado que estos recubrimientos pueden promover el crecimiento de hueso natural, y una adhesión más fuerte entre los implantes de cadera y el propio hueso del cuerpo. Si el trabajo se traduce en uso clínico en humanos, podría permitir que los implantes de cadera duren más y reducir la necesidad de cirugías adicionales para reemplazar los implantes.

Hammond también está trabajando en materiales que promueven la cicatrización de heridas mediante la liberación preprogramada de factores de crecimiento de vendajes y apósitos. y en ultrafino, Recubrimientos transparentes para lentes de reemplazo de cataratas que liberan medicamentos antiinflamatorios.

Entrega y diagnóstico

Michael Cima, el profesor de ingeniería David H. Koch, y Robert Langer, el profesor del Instituto David H. Koch, ambos miembros del Instituto Koch, están trabajando en dispositivos a nano y microescala que se pueden implantar en el cuerpo para liberar medicamentos o diagnosticar enfermedades.

Muchos años atrás, Cima y Langer comenzaron a trabajar en un chip implantable que puede dispensar medicamentos dentro del cuerpo. pero que se controla de forma inalámbrica desde el exterior del cuerpo. En ensayos clínicos el año pasado, la empresa que desarrolló el chip para uso comercial demostró que podía administrar de forma fiable dosis precisas de un medicamento para la osteoporosis que normalmente se administra por inyección.

La empresa que desarrolla el chip, MicroCHIPS Inc., ahora está reduciendo el dispositivo y aumentando el número de depósitos de medicamentos en el chip (la versión utilizada en la prueba del año pasado tenía 20 pozos de este tipo). Eso puede permitir que el dispositivo se utilice durante períodos de tiempo mucho más prolongados, hasta 30 años, Dice Cima. Eso le permitiría servir como glándula artificial, liberando hormonas según sea necesario, él dice, especialmente si se pudiera incorporar un sensor para alertar al chip cuando liberar una dosis.

Un dispositivo de este tipo podría ser útil para muchas enfermedades endocrinas. "Enfermedades del crecimiento, el desarrollo y la reproducción son áreas en las que existen importantes necesidades insatisfechas, o terapias que son muy difíciles de implementar, "Dice Cima.

Cima también está trabajando en dispositivos de diagnóstico que podrían ayudar a monitorear la respuesta del tumor al tratamiento, o detectar si alguien ha tenido un infarto. Su estrategia es tomar pruebas desarrolladas originalmente para uso in vitro (donde se extrae una muestra del cuerpo y se analiza en un laboratorio), y en su lugar coloque el dispositivo sensor dentro del cuerpo. Estos dispositivos de diagnóstico se implantarían junto con un procedimiento médico.

Por ejemplo, cuando se sospecha cáncer, se realiza una biopsia en un paciente. Cima ahora está desarrollando dispositivos que podrían implantarse en el sitio del tumor durante la biopsia y luego usarse para monitorear el nivel de oxígeno o la acidez. ambos revelan información importante sobre cómo se debe tratar la enfermedad y si el tratamiento está funcionando.

Otro sensor que desarrolló utiliza nanopartículas magnéticas, alojado en un disco de 8 milímetros implantado en la piel, para detectar tres proteínas que se liberan durante un infarto. Cualquiera que se presente en un hospital con dolor en el pecho se somete a pruebas de detección de esas proteínas, pero los resultados pueden parecer inconclusos porque las proteínas se secretan en diferentes momentos. El sensor que se lee mediante resonancia magnética (MRI), podría implantarse en pacientes que se sabe que tienen un alto riesgo de sufrir un ataque cardíaco, lo que hace que sea mucho más fácil para los médicos determinar si han tenido uno.

Todos sus proyectos, Cima dice, están motivados por el deseo de mejorar la atención médica a los pacientes. "Estamos haciendo esto porque podemos hacer algo de tecnología genial, pero mas importante, lo estamos haciendo porque existe una necesidad clínicamente significativa, " él dice.

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.