Los investigadores del cáncer no tienen reparos en utilizar la nanotecnología. Su trabajo está logrando avances prometedores en el desarrollo de tratamientos más seguros y eficaces. Y ahora, Los nuevos desarrollos en el área significan que el público en general puede ayudar a través del crowdsourcing.

El cáncer causa una de cada cuatro muertes en los EE. UU., y se estima que se diagnosticaron 12,7 millones de nuevos casos de cáncer en todo el mundo en 2008. Los tratamientos actuales están lejos de ser ideales. Por ejemplo, las quimioterapias típicas se filtran fuera del torrente sanguíneo después de la inyección y se diseminan por todo el cuerpo. Luego, los medicamentos pueden atacar todas las células encontradas, incluso las sanas, causando efectos secundarios significativos.

Obviamente, esto está lejos de ser ideal. Por lo tanto, los bioingenieros están experimentando con nanopartículas que pueden administrar medicamentos y diagnósticos directamente a los tumores. Las nanopartículas son un poco más grandes que las drogas:alrededor de cinco a 500 nanómetros, que es alrededor de 100 a 10, 000 veces más pequeño que un cabello humano. Este tamaño especial les permite filtrarse por los poros grandes de los vasos tumorales, y aun así estar contenido en el torrente sanguíneo del resto del cuerpo. Como resultado, Las nanopartículas pueden acumularse pasivamente en los tumores evitando el tejido sano.

Las nanopartículas vienen en diferentes tamaños, formas y materiales. Se pueden cargar con fármacos que se liberan de forma controlada y se recubren con moléculas que les permiten interactuar con su entorno. Algunas de estas moléculas pueden ser una firma para identificar de forma única las células cancerosas. Al vincularse, las células pueden engullir nanopartículas que luego entregan su carga dentro de la célula.

Hay muchas formas de diseñar una nanopartícula. Dependiendo de su diseño, la nanopartícula se moverá, Sentir y actuar de diferentes maneras, como un robot. El control está en el diseño de las nanopartículas y sus interacciones con el medio ambiente, en lugar de cualquier inteligencia dentro de él. En otras palabras, cambiar el cuerpo de la nanopartícula cambiará su comportamiento:lo llamamos inteligencia incorporada.

El desafío es comprender qué diseño de nanopartículas mejorará el resultado del tratamiento. Este es un problema difícil porque billones de nanopartículas interactúan en un tumor con millones de células. Predecir y optimizar el comportamiento de todas estas nanopartículas en un sistema tan complejo es una conjetura en el mejor de los casos.

Control de enjambres

Como nuestras nanopartículas, bandadas de pájaros, colonias de hormigas, Las células y los colectivos de robots pueden exhibir comportamientos de enjambre aparentemente complejos cuando un gran número de agentes simples reaccionan a la información local. Nuestro objetivo ahora es explorar cómo pueden cooperar las nanopartículas, o enjambre, para mejorar sinérgicamente su efecto terapéutico.

El trabajo reciente del Laboratorio Bhatia del MIT es prometedor en esta dirección. Las nanopartículas de oro se acumularían pasivamente en el tumor. Luego, las nanopartículas se calentarían con un láser, causando así daño al tejido tumoral. La segunda ola de nanopartículas, diseñado para unirse al tejido dañado, por lo tanto, se acumularía en números más altos allí.

Usando un simulador que modela cómo las nanopartículas interactúan entre sí y con el entorno del tumor, ahora podemos explorar tales diseños de enjambres de nanopartículas. En el ejemplo de video a continuación, Las nanopartículas simuladas que salen de un vaso sanguíneo (en rojo) deben encontrar una célula rara (con un borde rosa) en el tejido tumoral.

Esta rara célula podría tener una mutación específica, y su detección podría ayudar a identificar una bolsa de células resistentes al tratamiento. Al diseñar inteligentemente las nanopartículas y cómo interactúan con su entorno, podemos marcar caminos directos desde los vasos hasta la celda. Similar a las hormigas que forman senderos para llegar a su mesa de picnic, estas nanopartículas funcionan depositando e interactuando con información en el medio ambiente.

Hay muchos escenarios de tumores y estrategias de enjambre de este tipo. Cada uno toma tiempo para explorar y requiere grandes cantidades de prueba y error. También, cada problema es diferente, lo que dificulta la programación de una computadora que pueda diseñar automáticamente las nanopartículas.

Por tanto, el crowdsourcing permite a los bioingenieros y al público en general imaginar nuevas estrategias de nanopartículas para el tratamiento del cáncer. El simulador llamado Nanodoc predice cómo se comportan las nanopartículas en los tumores y se basa en años de investigación. La esperanza es que las personas que utilizan el simulador puedan ayudar a descubrir nuevos Estrategias creativas y eficientes de nanopartículas en las que no habíamos pensado en el laboratorio.

Esta historia se publicó por cortesía de The Conversation (bajo Creative Commons-Attribution / Sin derivados).