(Phys.org) —Un equipo de químicos y bioingenieros de la Universidad Penn State y la Universidad de Boston ha inventado un método novedoso para encontrar y administrar medicamentos curativos a las microfisuras recién formadas en los huesos. El método implica la administración dirigida de los medicamentos, directamente a las grietas, en la parte posterior de diminutas nanopartículas autoamplificadas. La energía que acelera los motores de las nanopartículas y las envía hacia la grieta proviene de una fuente sorprendente:la grieta misma.

"Cuando se produce una grieta en un hueso, interrumpe los minerales en el hueso, que se filtran como partículas cargadas, como iones, que crean un campo eléctrico, que tira de las nanopartículas cargadas negativamente hacia la grieta, "dijo el profesor de química de Penn State Ayusman Sen, un codirector del equipo de investigación. "Nuestros experimentos han demostrado que una partícula biocompatible puede administrar rápida y naturalmente un medicamento para la osteoporosis directamente a un hueso recién fracturado".

Sen dijo que la formación de este tipo de campo eléctrico es un fenómeno bien conocido, pero otros científicos no lo habían usado anteriormente como fuente de energía y como baliza orientadora para administrar activamente medicamentos para la curación de huesos en los sitios con mayor riesgo de fractura o deterioro activo. "Es una forma novedosa de detectar grietas y administrarles medicamentos, "dijo el co-líder del equipo y profesor de la Universidad de Boston Mark Grinstaff.

El método es más enérgico y más específico que los métodos actuales, en el que los medicamentos viajan pasivamente en el torrente sanguíneo circulante, donde pueden o no llegar a las microgrietas en una dosis lo suficientemente alta como para iniciar la curación. El nuevo método promete tratar, tan pronto como se formen, las microfisuras que provocan fracturas de huesos en pacientes con osteoporosis y otras afecciones médicas.

Para encontrar una forma de curar las microfisuras antes de que se conviertan en roturas, Sen y su estudiante de posgrado Vinita Yadav unieron su laboratorio de química con el laboratorio de química / ingeniería biomédica de Grinstaff. Luego, los científicos hicieron una serie de experimentos en cada uno de sus laboratorios. Este mes se publica un artículo científico que describe estos experimentos en la revista internacional de química. Angewandte Chemie .

La primera serie de experimentos de Sen y Yadav probó su nueva forma de administrar medicamentos en un sistema modelo que utiliza hueso de una tibia y un fémur humanos y partículas fluorescentes muy pequeñas llamadas puntos cuánticos hechos de un material sintético. Sen dijo, "Agregamos fluorescencia a estas partículas porque la fluorescencia las hace tan fáciles de ver bajo un microscopio". Esta primera serie de pruebas mostró que los puntos cuánticos cargados negativamente lo hacían, Por supuesto, moverse hacia y amontonarse en una grieta recién formada.

A continuación, los científicos probaron su sistema utilizando un material biológico natural, una molécula de proteína, para ver si funcionaría en el hueso humano así como se comportaban los puntos cuánticos sintéticos. Los resultados de estas pruebas fueron alentadores. Así que el equipo dirigido por Sen y Grinstaff puso el listón aún más alto, haciendo su siguiente serie de experimentos con nanomotores hechos de material biológico y sintético. Querían ver si podían unir el material biológico, un fármaco utilizado para tratar la osteoporosis, a un material sintético que pudiera transportarlo. como un nanotruck, a una grieta en un hueso humano. El material sintético que los científicos seleccionaron para transportar el fármaco para la osteoporosis (ácido poliláctico-co-glicólico) ha sido aprobado por la Administración Federal de Drogas y se usa ampliamente en dispositivos médicos. El objetivo de este conjunto de experimentos era fabricar un nanotruck autopropulsado que pudiera transportar el fármaco para la osteoporosis (alendronato de sodio) y que tuviera una buena probabilidad de ser seguro para su uso dentro del cuerpo humano.

Como las nanopartículas en las pruebas anteriores, el material de nanotruck aprobado por la FDA tenía una pequeña molécula fluorescente adherida para que sus movimientos pudieran verse bajo un microscopio. "Nuestros experimentos muestran que este nanomotor bioseguro puede, De hecho, llevar con éxito el medicamento para la osteoporosis a una nueva grieta en un hueso humano, "Dijo Sen. Explicó eso, incluso cuando estos nanomotores estaban cargados con millones de moléculas de su carga de curación ósea, cada uno todavía era de 30 a 40 veces más pequeño que un glóbulo rojo.

En un conjunto final de experimentos, hecho en el laboratorio Grinstaff en la Universidad de Boston, El estudiante graduado Jonathan Freedman probó el mismo fármaco para la osteoporosis en células óseas humanas vivas. "Las células óseas tratadas aumentaron en número en comparación con las que no fueron tratadas con el medicamento para la osteoporosis, lo que confirma otros estudios que han demostrado que este fármaco es eficaz en la reparación de huesos humanos, "Grinstaff dijo.

"Lo que hace que nuestros nanomotores sean diferentes es que pueden administrar medicamentos de forma activa y natural a un área específica, "Sen dijo." Los métodos actuales, a diferencia de, implica tomar un medicamento y esperar que llegue una cantidad suficiente a donde se necesita para la curación ". Ahora que este sistema de administración de medicamentos impulsado por nanomotores ha comenzado, Necesitará muchas más pruebas y mucho más desarrollo antes de que pueda demostrarse que es seguro y eficaz para prevenir fracturas de huesos en pacientes con afecciones como la osteoporosis.