(Phys.org) —En los últimos años, muchos tratamientos populares contra el cáncer han estado utilizando nano, es decir, partículas diminutas de polímeros o materiales a base de carbono para transportar medicamentos de quimioterapia a los tumores de una manera que se dirija específicamente a las células cancerosas, respetando las células normales. Pero este enfoque tiene varios problemas.

Entre otras cosas, es difícil controlar la cantidad de fármaco que se carga en el portador, y, De hecho, con demasiada frecuencia hay mucho más material "portador" que fármaco. Como resultado, la cantidad de fármaco a menudo varía de una partícula a otra, lo que significa que la dosis de quimioterapia administrada puede ser inconsistente o desigual. También, el material sintético que encierra y administra el fármaco puede ser tóxico en sí mismo, causando efectos secundarios indeseables.

El escenario ideal sería encontrar una manera de convertir los medicamentos contra el cáncer en sus propios sistemas de administración, y eliminar los vehículos sintéticos por completo.

Honggang Cui, El profesor asistente de ingeniería química y biomolecular en la Universidad Johns Hopkins está tratando de hacer precisamente eso transformando las moléculas del fármaco de una manera que les permita convertirse en sus propios portadores. un proceso conocido como autoensamblaje.

"Queremos utilizar el fármaco contra el cáncer para fabricar nanopartículas a partir de sí mismo, "dice Cui, también miembro de la facultad afiliada del Instituto Johns Hopkins de NanoBioTechnology. "El desafío es:¿Cómo lo hacemos?"

El científico financiado por la National Science Foundation (NSF) y su equipo de investigación están utilizando nuevas técnicas de ingeniería molecular que esperan impulsarán a las moléculas del fármaco a organizarse en nanoestructuras discretas y aisladas. en lugar de permanecer en su forma actual "a granel".

Si tiene éxito, el trabajo podría mejorar potencialmente la quimioterapia contra el cáncer al aumentar la eficacia del tratamiento, y reducir sus efectos secundarios adversos.

En la actualidad, "en una partícula puede tener un 2 por ciento de carga de fármaco, y en otro, tal vez el 10 por ciento, y en otro, nada, ninguna droga en absoluto, ", dice. Hacer que los medicamentos se transporten solos" ayudará al resultado clínico, "Cui agrega." No obtendrá ni demasiado ni muy poco de una droga. Obtendrá la dosis correcta ".

Para convertir estos fármacos en sus propios sistemas de administración a nanoescala, deben volverse anfifílicos, lo que significa que deben tener propiedades que les guste y no les guste el agua.

"El segmento al que no le gusta el agua hará que las moléculas se unan para formar un grupo molecular, o una nanoestructura, de manera de minimizar su contacto con las moléculas de agua, mientras que el segmento similar al agua mantendrá la nanoestructura soluble en solución acuosa y evitará que se conviertan en objetos más grandes, "Cui explica.

Pocas drogas tienen esta dualidad cuando se trata de agua. "La mayoría son muy hidrófobos; tienen poca solubilidad en agua, " él dice.

Para hacer que las drogas que odian el agua sean capaces de amar también el agua, los investigadores están experimentando con péptidos solubles en agua, que son compuestos que constan de dos o más aminoácidos, tratando de incorporarlos a los medicamentos a través de enlazadores biodegradables, es decir, enlaces químicos que actúan como un puente entre el péptido amante del agua y la droga que odia el agua.

Cuando funciona "la droga puede volverse autoensamblada, ", dice." Cuando la droga adquiere la capacidad de autoensamblarse, queremos jugar con la secuencia de péptidos para controlar su tamaño, forma y química de la superficie.

"El péptido agregará no solo el segmento amante del agua para el autoensamblaje, pero también nuevas características que permiten una regulación eficaz de su montaje en diferentes tamaños y formas, ", añade." Podrían ser bioactivos, y presentar señales para el direccionamiento tumoral específico ".

La esperanza es producir medicamentos contra el cáncer que sean nanoestructuras supramoleculares, o partículas que se componen de más de una molécula, que "tienen una alta carga de fármaco y una carga de fármaco fija, "Cui dice.

"La carga dentro de la nanoestructura está definida por el diseño molecular, "agrega" Si la fracción de fármaco dentro de la molécula diseñada es del 10 por ciento, la nanoestructura también tendrá una carga de fármaco del 10 por ciento. Por lo tanto, a través del diseño molecular, se puede ajustar con precisión la carga de fármaco en la nanoestructura ".

Cui está llevando a cabo su investigación bajo un premio NSF Faculty Early Career Development (CAREER) a partir de este año. El premio apoya a los profesores junior que ejemplifican el papel de los profesores-académicos a través de una investigación destacada, excelente educación y la integración de la educación y la investigación en el contexto de la misión de su organización. NSF está financiando su trabajo con alrededor de $ 500, 000 durante cinco años.

Cui y su equipo publicaron recientemente los resultados de su trabajo en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense demostrando el principio de construcción de fármacos antineoplásicos supramoleculares autoadministrados. Su trabajo produjo nanofibras y nanotubos formados por autoensamblaje de conjugados péptido-anticáncer.

Como parte del alcance educativo de la subvención, Cui planea invitar a estudiantes de secundaria y preparatoria locales a pasar tiempo en su laboratorio.

"La administración de medicamentos es inherentemente un campo multidisciplinario que ofrece enormes oportunidades para la educación en todos los niveles, ", dice." En particular, queremos involucrar a los estudiantes de las escuelas públicas del centro de la ciudad para que aprendan sobre los sistemas de administración de medicamentos, y las mejores formas de mejorar el tratamiento del cáncer ".

Si bien sus ideas aún están muy lejos de su uso clínico, Cui cree que, en última instancia, será posible convertir los fármacos en bloques de construcción moleculares que actuarán como sus propios sistemas de administración.

"No veo ninguna razón por la que estos fármacos de autoadministración no puedan traducirse en entornos clínicos una vez que descubramos formas de manipular su comportamiento de autoensamblaje". " él dice.