Ingenieros de la Universidad de California, San Diego ha inventado una "nanoesponja" capaz de eliminar de forma segura una amplia clase de toxinas peligrosas del torrente sanguíneo. incluidas las toxinas producidas por MRSA, E. coli , serpientes venenosas y abejas. Las nanoesponjas están hechas de un núcleo de polímero biocompatible envuelto en una membrana natural de glóbulos rojos. Crédito:Laboratorio de investigación de Zhang
Ingenieros de la Universidad de California, San Diego ha inventado una "nanoesponja" capaz de eliminar de forma segura una amplia clase de toxinas peligrosas del torrente sanguíneo, incluidas las toxinas producidas por MRSA, E. coli , serpientes venenosas y abejas. Estas nanoesponjas, que hasta ahora se han estudiado en ratones, puede neutralizar "toxinas formadoras de poros, "que destruyen las células haciendo agujeros en sus membranas celulares. A diferencia de otras plataformas anti-toxinas que necesitan ser sintetizadas a medida para el tipo de toxina individual, las nanoesponjas pueden absorber diferentes toxinas formadoras de poros independientemente de sus estructuras moleculares. En un estudio contra la toxina alfa-hemolisina de MRSA, La pre-inoculación con nanoesponjas permitió que el 89 por ciento de los ratones sobrevivieran a dosis letales.
La administración de nanoesponjas después de la dosis letal condujo a una supervivencia del 44 por ciento.
El equipo, dirigido por nanoingenieros de la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego, publicó los hallazgos en Nanotecnología de la naturaleza 14 de abril.
"Esta es una nueva forma de eliminar las toxinas del torrente sanguíneo, "dijo Liangfang Zhang, profesor de nanoingeniería en la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego y autor principal del estudio. "En lugar de crear tratamientos específicos para toxinas individuales, estamos desarrollando una plataforma que puede neutralizar las toxinas causadas por una amplia gama de patógenos, incluyendo MRSA y otras bacterias resistentes a los antibióticos, ", dijo Zhang. El trabajo también podría conducir a terapias no específicas de especies para las mordeduras de serpientes venenosas y las picaduras de abejas, lo que aumentaría la probabilidad de que los proveedores de atención médica o las personas en riesgo tengan disponibles tratamientos que salvan vidas cuando más los necesiten.
Los investigadores tienen como objetivo traducir este trabajo en terapias aprobadas. "Una de las primeras aplicaciones que buscamos sería un tratamiento anti-virulencia para MRSA. Es por eso que estudiamos una de las toxinas más virulentas de MRSA en nuestros experimentos, "dijo" Jack "Che-Ming Hu, el primer autor del artículo. Hu, ahora investigador postdoctoral en el laboratorio de Zhang, obtuvo su Ph.D. en bioingeniería de UC San Diego en 2011.
Aspectos de este trabajo serán presentados el 18 de abril en Research Expo, el evento anual de investigación y creación de redes para estudiantes graduados de la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego.
La microscopía electrónica de transmisión demostró que las nanoesponjas tienen aproximadamente 85 nanómetros de diámetro. Crédito:Laboratorio de investigación de Zhang, Escuela de Ingeniería UC San Diego Jacobs
Nanoesponjas como señuelos
Para evadir el sistema inmunológico y permanecer en circulación en el torrente sanguíneo, las nanoesponjas están envueltas en membranas de glóbulos rojos. Esta tecnología de encubrimiento de glóbulos rojos se desarrolló en el laboratorio de Liangfang Zhang en UC San Diego. Los investigadores demostraron previamente que las nanopartículas disfrazadas de glóbulos rojos podrían usarse para administrar medicamentos contra el cáncer directamente a un tumor. Zhang también tiene una cita como profesora en el Centro de Cáncer Moores de UC San Diego.
Los glóbulos rojos son uno de los principales objetivos de las toxinas formadoras de poros. Cuando un grupo de toxinas perforan la misma célula, formando un poro, iones incontrolados se precipitan y la célula muere.
Las nanoesponjas parecen glóbulos rojos, y por lo tanto sirven como señuelos de glóbulos rojos que recolectan las toxinas. Las nanoesponjas absorben toxinas dañinas y las desvían de sus objetivos celulares. Las nanoesponjas tenían una vida media de 40 horas en los experimentos de los investigadores en ratones. Finalmente, el hígado metabolizó de manera segura tanto las nanoesponjas como las toxinas secuestradas, sin que el hígado sufra daños perceptibles.
Cada nanoesponja tiene un diámetro de aproximadamente 85 nanómetros y está hecha de un núcleo de polímero biocompatible envuelto en segmentos de membranas de glóbulos rojos.
El equipo de Zhang separa los glóbulos rojos de una pequeña muestra de sangre usando una centrífuga y luego coloca las células en una solución que hace que se hinchen y revienten. liberando hemoglobina y dejando atrás las pieles de glóbulos rojos. Luego, las pieles se mezclan con las nanopartículas en forma de bola hasta que se recubren con una membrana de glóbulos rojos.
Una sola membrana de glóbulos rojos puede producir miles de nanoesponjas, que son 3, 000 veces más pequeño que un glóbulo rojo. Con una sola dosis, este ejército de nanoesponjas inunda el torrente sanguíneo, superando en número a los glóbulos rojos e interceptando toxinas.
Basado en experimentos de probeta, el número de toxinas que cada nanoesponja podía absorber dependía de la toxina. Por ejemplo, aproximadamente 85 toxina alfa-hemolisina producida por MRSA, 30 toxinas de stretch-polisina-O y 850 monómeros de melitina, que forman parte del veneno de abeja.
En ratones, la administración simultánea de nanoesponjas y toxina alfa-hemolisina en una proporción de toxina a nanoesponja de 70:1 neutralizó las toxinas y no causó daños perceptibles.
Un siguiente paso los investigadores dicen, es realizar ensayos clínicos.
