Una nueva tecnología de recubrimiento desarrollada en MIT, combinado con una novedosa tecnología de fabricación de nanopartículas desarrollada en la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill, puede ofrecer a los científicos una forma de producir rápidamente en masa nanopartículas a medida que están especialmente recubiertas para aplicaciones específicas, incluidos los medicamentos y la electrónica.

Usando esta nueva combinación de las dos tecnologías existentes, los científicos pueden producir muy pequeños, partículas uniformes con capas personalizadas de material que pueden transportar fármacos u otras moléculas para interactuar con su entorno, o incluso apuntar a tipos específicos de células.

Creando lotes altamente reproducibles de las nanopartículas recubiertas son importantes para la fabricación segura de medicamentos y la obtención de la aprobación regulatoria, dice Paula Hammond, el profesor David H. Koch de Ingeniería Química en el MIT y miembro del Instituto Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer del MIT.

"Todos están entusiasmados con el potencial de la nanomedicina, y hay algunos sistemas que están saliendo al mercado, pero a la gente también le preocupa la reproducibilidad de cada lote. Eso es especialmente crítico para aplicaciones como terapias contra el cáncer, "Hammond dice." Afortunadamente, hemos combinado dos tecnologías que están a la vanguardia para abordar estos problemas y que son muy prometedoras para el futuro de la nanofabricación ".

Hammond y Joseph DeSimone, el Profesor Eminente del Canciller de Química en la UNC y el Profesor Distinguido de Ingeniería Química William R. Kenan Jr. en la Universidad Estatal de Carolina del Norte, son los autores principales de un artículo que describe la tecnología en la edición en línea del 1 de julio de Materiales avanzados . El autor principal del artículo es Stephen Morton, estudiante de posgrado en el laboratorio de Hammond.

'Una plataforma muy versátil'

El laboratorio de Hammond desarrolló previamente una técnica de deposición capa por capa para recubrir superficies de nanopartículas con capas alternas de medicamentos. ARN, proteínas u otras moléculas de interés. Esos recubrimientos también pueden diseñarse para proteger las nanopartículas de ser destruidas por el sistema inmunológico del cuerpo antes de alcanzar sus objetivos previstos.

"Es una plataforma muy versátil para incorporar terapias, "Dice Hammond.

Sin embargo, Los procesos de aplicación capa por capa que se utilizan comúnmente en la actualidad para recubrir nanopartículas tardan demasiado en ser útiles para aplicaciones rápidas, fabricación a gran escala:para cada capa, las partículas deben empaparse en una solución del material de revestimiento, luego se centrifuga en una centrífuga para eliminar el exceso de recubrimiento. La aplicación de cada capa tarda aproximadamente una hora.

En el nuevo estudio, los investigadores del MIT utilizaron una técnica basada en spray, lo que les permite aplicar cada capa en tan solo unos segundos. Esta tecnología se desarrolló anteriormente en el laboratorio de Hammond y ahora está siendo comercializada por Svaya Nanotechnologies.

Hammond combinó este enfoque con una tecnología de fabricación de nanopartículas conocida como la plataforma PRINT (Replicación de partículas en plantillas no humectantes), que fue desarrollado en el laboratorio DeSimone en UNC y ahora está siendo comercializado por Liquidia Technologies. Liquidia se enfoca en usar la plataforma PRINT para crear nuevos productos para el cuidado de la salud basados ​​en nanotecnología, vacunas y terapias.

La plataforma PRINT es una tecnología de moldeo de partículas continuo de rollo a rollo que permite el diseño y la producción en masa de partículas diseñadas con precisión de tamaño controlado, forma y composición química. Para hacer partículas como las que se usan en este estudio, Se aplica una mezcla de polímeros y moléculas de fármaco (u otra carga útil) a un rollo grande de película que consiste en un molde de tamaño nanométrico que contiene características de la forma y el tamaño deseados. La mezcla llena todas las características del molde y se solidifica para crear miles de millones de nanopartículas. Las partículas se eliminan del molde con otro rollo de película adhesiva, que luego se pueden rociar con capas de recubrimientos especializados utilizando la nueva tecnología de Hammond y se pueden separar en partículas individuales.

"La idea era unir estos dos procesos a escala industrial y crear un sofisticado nanopartícula bellamente recubierta, de la misma manera que las panaderías glasean tu rosquilla favorita en la cinta transportadora, "Dice Hammond.

"La combinación de PRINT y pulverización capa por capa proporciona una plataforma versátil para modificar rápidamente la química de la superficie de las partículas, "dice Frank Caruso, profesor de ingeniería química y biomolecular en la Universidad de Melbourne que no formaba parte del equipo de investigación. "Este enfoque también es prometedor para un alto rendimiento en el desarrollo de sistemas de entrega de partículas para aplicaciones de nanomedicina".

Múltiples funciones

Este nuevo proceso promete producir grandes cantidades de nanopartículas recubiertas al tiempo que reduce drásticamente el tiempo de producción. También permite el diseño personalizado de una amplia variedad de materiales, tanto en el núcleo de nanopartículas como en el recubrimiento, para aplicaciones que incluyen electrónica, entrega de medicamentos, vacunas, curación de heridas o formación de imágenes, Morton dice.

"Tanto la tecnología PRINT como la de capa por capa permiten la incorporación de muchos materiales diferentes que tienen propiedades únicas para hacer sistemas con múltiples funciones integradas, " él dice.

Para demostrar la utilidad potencial de esta técnica, los investigadores crearon partículas recubiertas con ácido hialurónico, que se ha demostrado que se dirige a las proteínas, llamados receptores CD44, que se encuentran en niveles altos en células cancerosas agresivas. Descubrieron que las células de cáncer de mama cultivadas en el laboratorio absorben partículas recubiertas con capas de ácido hialurónico de manera mucho más eficiente que las partículas sin los recubrimientos o con recubrimientos que no contienen ácido hialurónico.

En estudios de seguimiento, los investigadores planean diseñar partículas que contengan medicamentos contra el cáncer y recubrimientos que combaten el cáncer para ver si pueden reducir eficazmente los tumores. Algunas de esas partículas pueden incluir combinaciones, como dos medicamentos de quimioterapia diferentes, o un fármaco combinado con moléculas de ARN que se dirigen a genes cancerosos. Estas combinaciones pueden trabajar juntas de manera sinérgica para desarmar y destruir selectivamente las células cancerosas.

El artículo se titula "Fabricación escalable de nanomedicina construida a medida:Funcionalización capa por capa asistida por pulverización de nanopartículas PRINT".

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.