El diseño de nanomedicina para combatir enfermedades es un área candente de investigación científica, principalmente para tratar el cáncer, pero se sabe muy poco en el contexto de la enfermedad aterosclerótica. Los científicos han diseñado un microchip recubierto con células de los vasos sanguíneos para aprender más sobre las condiciones en las que las nanopartículas se acumulan en las arterias llenas de placa de los pacientes con aterosclerosis. la causa subyacente de infarto de miocardio y accidente cerebrovascular.

En la investigación, Los microchips estaban recubiertos con una fina capa de células endoteliales, que forman la superficie interior de los vasos sanguíneos. En vasos sanguíneos sanos, Las células endoteliales actúan como una barrera para mantener los objetos extraños fuera del torrente sanguíneo. Pero en sitios propensos a la aterosclerosis, la barrera endotelial se rompe, permitiendo que las cosas entren y salgan de las arterias que no deberían.

En un nuevo estudio, las nanopartículas pudieron cruzar la capa de células endoteliales del microchip en condiciones que imitan la capa permeable en la aterosclerosis. Los resultados del dispositivo de microfluidos se correlacionaron bien con la acumulación de nanopartículas en las arterias de un modelo animal con aterosclerosis. demostrando la capacidad del dispositivo para ayudar a filtrar nanopartículas y optimizar su diseño.

"Es un modelo simple:un microchip, no una placa de cultivo celular, lo que significa que un simple microchip endotelializado con microelectrodos puede mostrar una predicción importante de lo que está sucediendo en un modelo animal grande, "dijo YongTae (Tony) Kim, profesor asistente de bioingeniería en la Escuela de Ingeniería Mecánica George W. Woodruff del Instituto de Tecnología de Georgia.

La investigación se publicó en enero en línea en la revista procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias . Este trabajo representa un esfuerzo multidisciplinario de investigadores que están colaborando dentro del Programa de Excelencia en Nanotecnología financiado por el National Heart, Pulmón, y el Instituto de Sangre, los Institutos Nacionales de Salud (NIH). El equipo incluye investigadores del Instituto David H. Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer del MIT, la Escuela de Medicina Icahn en Mount Sinai, el Centro Médico Académico de Ámsterdam, Instituto de Tecnología de Kyushu en Japón, y la Facultad de Medicina de la Universidad de Boston y la Facultad de Medicina de Harvard.

Kim comenzó el trabajo como becario postdoctoral en el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) en el laboratorio de Robert Langer.

"Este es un ejemplo maravilloso del desarrollo de un enfoque de nanotecnología novedoso para abordar un problema médico importante, "dijo Robert Langer, el profesor del Instituto David H. Koch en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, quien es conocido por su trabajo en ingeniería de tejidos y administración de fármacos.

Kim y Langer se asociaron con investigadores de la Escuela de Medicina Icahn en Mount Sinai en Nueva York. Mark Lobatto, coautor principal trabaja en los laboratorios de Willem Mulder, experto en nanomedicina cardiovascular y Zahi Fayad, el director del Instituto de Imágenes Moleculares y Traslacionales de Mount Sinai.

"El trabajo representa una integración única de la tecnología de microfluidos, nanomedicina cardiovascular, biología vascular e imagenología in vivo. Ahora entendemos mejor cómo funciona la focalización de nanopartículas en la aterosclerosis ", dice Lobatto.

Los investigadores esperan que su microchip pueda acelerar el proceso de desarrollo de la nanomedicina al predecir mejor el rendimiento de las nanopartículas terapéuticas en modelos animales más grandes. como conejos. Un modelo in vitro tan complementario ahorraría tiempo y dinero y requeriría menos animales.

Pocos sistemas de administración de fármacos basados ​​en nanopartículas, en comparación con los estudios propuestos, han sido aprobados por la Administración de Drogas y Alimentos de EE. UU., Dijo Kim. Todo el proceso de desarrollo de una plataforma de nanomedicina puede tardar 15 años en pasar de la idea a la síntesis, a las pruebas in vitro, a las pruebas in vivo y a la aprobación.

"Es un proceso frustrante, ", Dijo Kim." A menudo, lo que funciona en placas de cultivo celular no funciona en modelos animales ".

Para ayudar a acelerar la investigación en nanomedicina mejorando las capacidades predictivas de las pruebas in vitro, Kim y sus colegas diseñaron su microchip para imitar lo que sucede en el cuerpo mejor de lo que es posible actualmente a través del cultivo celular de rutina.

"En el futuro, podemos hacer microchips que son mucho más similares a lo que sucede en los modelos animales, o incluso seres humanos, en comparación con los estudios de placas de cultivo celular convencionales, "Dijo Kim.

En su microchip Los científicos pueden controlar la permeabilidad de la capa de células endoteliales alterando la velocidad del flujo sanguíneo a través de las células o introduciendo una sustancia química que libera el cuerpo durante la inflamación. Los investigadores descubrieron que la permeabilidad de las células del microchip se correlacionaba bien con la permeabilidad de los microvasos en un modelo animal grande de aterosclerosis.

Los microchips permiten un control preciso del entorno mecánico y químico alrededor de las células vivas. Al usar el microchip, Los investigadores pueden crear condiciones fisiológicamente relevantes para las células alterando la velocidad del flujo sanguíneo a través de las células o introduciendo una sustancia química que libera el cuerpo durante la inflamación.

Kim dijo que si bien este sistema basado en microchip ofrece una mejor previsibilidad que los experimentos de cultivo celular actuales, no reemplazará la necesidad de estudios en animales, que proporcionan una imagen relativamente más completa de qué tan bien podría funcionar una nanomedicina en particular en humanos.

"Esto es mejor que un experimento de plato in vitro, pero no va a replicar perfectamente lo que sucede dentro del cuerpo en un futuro cercano, ", Dijo Kim." Ayudará a que todo este proceso sea más rápido y salvará a varios animales ".