Durante años, los científicos han estado trabajando para comprender fundamentalmente cómo se mueven las nanopartículas por el cuerpo humano. Una gran pregunta sin respuesta es cómo afecta la forma de las nanopartículas a su entrada en las células. Ahora los investigadores han descubierto que en condiciones de cultivo típicas, Las células de mamíferos prefieren las nanopartículas en forma de disco a las que tienen forma de varillas.

Comprender cómo la forma de las nanopartículas afecta su transporte a las células podría ser un gran impulso para el campo de la nanomedicina al ayudar a los científicos a diseñar mejores terapias para diversas enfermedades. como mejorar la eficacia y reducir los efectos secundarios de los medicamentos contra el cáncer.

Además de la geometría de nanopartículas, Los investigadores también descubrieron que los diferentes tipos de células tienen diferentes mecanismos para atraer nanopartículas de diferentes tamaños, que era previamente desconocido. El equipo de investigación también utilizó modelos teóricos para identificar los parámetros físicos que utilizan las células al absorber nanopartículas.

"Esta investigación identificó algunos aspectos muy novedosos pero fundamentales en los que las células interactúan con la forma de nanopartículas, "dijo Krishnendu Roy, quien recientemente se unió al Departamento de Ingeniería Biomédica Wallace H. Coulter en Georgia Tech y Emory University. Roy realizó esta investigación en la Universidad de Texas en Austin en colaboración con los Profs. S. V. Sreenivasan y Li Shi, pero continúa el trabajo en Georgia Tech.

El estudio estaba programado para ser publicado la semana del 7 de octubre en la primera edición en línea de la revista. procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias . El trabajo fue patrocinado por la National Science Foundation y los National Institutes of Health.

El equipo de Roy utilizó un enfoque único para fabricar nanopartículas de formas diferentes. Los investigadores adaptaron una tecnología de impresión utilizada en la industria de los semiconductores y la manipularon para que funcionara con moléculas biológicas. Dijo Roy. Esta técnica de impresión, que desarrollaron en UT-Austin, funciona como un cortador de galletas pero a nanoescala. Los medicamentos se mezclan con una solución de polímero y se distribuyen en una oblea de silicio. Luego, se imprime una forma en la mezcla de polímero y fármaco utilizando una plantilla de cuarzo. A continuación, el material se solidifica con luz ultravioleta. Cualquiera que sea la plantilla del cortador de galletas:triángulo, varilla, disco:se produce una nanopartícula con esa forma. Otra característica clave de las nanopartículas es que tienen carga negativa y son hidrófilas, atributos que los hacen relevantes para el uso clínico en la administración de fármacos.

"Tenemos un control exquisito sobre las formas y tamaños, "dijo Roy, quien es miembro distinguido de la facultad Wallace H. Coulter.

Luego, su equipo usó partículas de varias formas y tamaños para ver cómo responderían los diferentes tipos de células de mamíferos cultivadas. Los materiales y las cargas superficiales de las partículas eran todos iguales, solo las formas diferían.

El equipo de Roy no esperaba que las células prefirieran los discos a las barras. Descubrieron que en cultivo celular, a diferencia de las nanopartículas esféricas, Los discos y varillas de mayor tamaño se recogen de forma más eficiente, un hallazgo que también fue inesperado. Cuando realizaron cálculos teóricos, encontraron que la energía requerida por una membrana celular para deformar y envolver una nanopartícula es menor para los discos que para las varillas y que las fuerzas gravitacionales y las propiedades de la superficie juegan un papel importante en la absorción de nanopartículas en las células.

"La razón por la que esto ha sido inexplorado es que no teníamos las herramientas para hacer estas nanopartículas de forma precisa, "Dijo Roy." Sólo en los últimos siete u ocho años ha habido algunos grupos que han creado estas herramientas para hacer partículas de polímero de varios tamaños y formas, especialmente en la nanoescala ".

Las células absorben nanopartículas a través de un proceso llamado endocitosis, pero dependiendo de la forma y el tipo de celda, se activan vías de captación específicas, el equipo descubrió. Algunas células dependen de proteínas en sus membranas llamadas caveolina; otros usan una proteína de membrana diferente, conocido como clatrina.

Comprender cómo las células responden a las formas de las nanopartículas es importante no solo para la administración de fármacos, sino también para comprender la toxicidad de los nanomateriales utilizados en productos de consumo. El nuevo trabajo de Roy proporciona otra pieza para resolver este rompecabezas.

"La gente está haciendo diferentes cosas a nanoescala con varios materiales sin comprender fundamentalmente sus interacciones con las células, "Dijo Roy.

En trabajos futuros en Georgia Tech, Al laboratorio de Roy le gustaría investigar cómo las formas de los nanomateriales afectan su transporte y función en modelos animales. Esto les dará a los investigadores una mejor idea de cómo se mueven las partículas hacia los tumores, pasan a través de las superficies mucosas y se distribuyen a los órganos, y, en última instancia, ayuda en terapias clínicas.

"El 99,9 por ciento de nuestro trabajo aún está por hacer, que queremos seguir haciendo aquí en Tech en colaboración con investigadores de UT, "Dijo Roy.