Un equipo de investigadores, dirigido por científicos de la Universidad Case Western Reserve, ha desarrollado una nanopartícula multifuncional que permite la obtención de imágenes por resonancia magnética (IRM) para identificar las placas de los vasos sanguíneos causadas por la aterosclerosis. La tecnología es un paso hacia la creación de un método no invasivo para identificar las placas vulnerables a la ruptura, la causa del ataque cardíaco y el derrame cerebral, a tiempo para el tratamiento.

En la actualidad, los médicos solo pueden identificar los vasos sanguíneos que se estrechan debido a la acumulación de placa. Un médico hace una incisión y desliza un catéter dentro de un vaso sanguíneo en el brazo, ingle o cuello. El catéter emite un tinte que permite que los rayos X muestren el estrechamiento.

Sin embargo, Los investigadores de Case Western Reserve informan en línea hoy en la revista Nano letras que una nanopartícula construida a partir de un virus en forma de varilla que se encuentra comúnmente en el tabaco localiza e ilumina la placa en las arterias de manera más efectiva y con una pequeña fracción del tinte.

Más importante, el trabajo muestra que las nanopartículas adaptadas se concentran en los biomarcadores de la placa. Eso abre la posibilidad de que las partículas se puedan programar para identificar placas vulnerables de estables, algo que los tintes no dirigidos por sí solos no pueden.

"Desde el punto de vista de un químico, sigue siendo un desafío hacer nanopartículas que no sean esféricas, pero los materiales no esféricos son ventajosos para aplicaciones médicas ", dijo Nicole F. Steinmetz, profesor asistente de ingeniería biomédica en Case Western Reserve. "La naturaleza está muy por delante de nosotros. Estamos recolectando los métodos de la naturaleza para convertirlos en algo útil en medicina".

Las nanopartículas en forma de varilla están hechas de virus del mosaico del tabaco, diminutos organismos tubulares que infectan las células vegetales pero que son benignos fuera de la planta.

Steinmetz, un especialista en bioingeniería de virus vegetales, se asoció con Xin Yu, profesor de ingeniería biomédica, que se especializa en el desarrollo de técnicas de resonancia magnética para investigar enfermedades cardiovasculares. Crearon un dispositivo que transporta y concentra agentes de imágenes en placas.

El equipo de investigación incluye:Michael A. Bruckman, un investigador postdoctoral, y Lauren N. Randolph, un estudiante de pregrado, en el laboratorio Steinmetz; Kai Jiang, estudiante de doctorado en el laboratorio de Yu; y Leonard G. Luyt, profesor asistente, y Emily J. Simpson, un candidato a doctorado, ambos en el departamento de química de la Western University, en Londres, Ontario.

Las nanopartículas alargadas tienen una mayor probabilidad de ser expulsadas del flujo sanguíneo central y apuntar a la pared del vaso en comparación con las esferas. Además, la forma permite una unión más estable a la placa, dijeron los investigadores.

La superficie del virus se modifica para transportar cadenas cortas de aminoácidos, llamados péptidos, que hacen que el virus se adhiera donde las placas se están desarrollando o ya existen. Luyt y Simpson sintetizaron los péptidos.

"La unión permite que la partícula permanezca en el sitio por más tiempo, mientras que la fuerza pura es más probable que lave una esfera, debido a su gran curvatura, "dijo Yu, designado por la Case School of Engineering.

La superficie del virus también se modificó para llevar tintes del infrarrojo cercano que se utilizan para el escaneo óptico. e iones de gadolinio (que están vinculados con moléculas orgánicas, para reducir la toxicidad del metal) utilizado como agente de contraste de resonancia magnética. Utilizaron exploraciones ópticas para verificar los resultados de la resonancia magnética.

Al cargar la superficie con iones de gadolinio en lugar de inyectarlos y dejarlos fluir libremente en el torrente sanguíneo, la nanopartícula aumenta la relajación, o el contraste del tejido sano, en más de cuatro órdenes de magnitud.

"El agente inyectado en el torrente sanguíneo tiene una relajación de 5, y nuestras nanopartículas una relaxividad de 35, 000, ", dijo Steinmetz, quien fue designado por la Escuela de Medicina de Case Western Reserve.

Eso es porque la nanovarilla lleva hasta 2, 000 moléculas del agente de contraste, concentrándolos en los sitios de la placa. En segundo lugar, unir el agente de contraste a un andamio de nanopartículas reduce sus velocidades de volteo molecular y conduce a un beneficio adicional de relajación, explicaron los investigadores.

Si bien la vista es mejor, pueden usar 400 veces menos agente de contraste porque se administra directamente a las placas.

La nanopartícula basada en el virus del tabaco, ellos dijeron, ofrece otra ventaja:la mayoría de las nanopartículas que se han desarrollado para transportar agentes de contraste se basan en materiales sintéticos, algunos de los cuales pueden permanecer en el cuerpo por un tiempo.

El virus del tabaco está hecho de proteínas, que el cuerpo está bien equipado para manipular y eliminar rápidamente del sistema.

Steinmetz y Yu, miembros del Case Center for Imaging Research, ahora proponen llevar el trabajo un paso más allá. Quieren adaptar las nanopartículas para mostrar a los médicos si las placas son estables y no requieren tratamiento. o son vulnerables a la rotura y requieren tratamiento. Una ruptura desencadena la cascada de eventos que conducen a un ataque cardíaco y un derrame cerebral.

Para hacer esto, primero deben encontrar diferentes biomarcadores de placas estables frente a vulnerables y recubrir las nanopartículas con diferentes péptidos y agentes de contraste que permitan a la resonancia magnética diferenciar unas de otras.

"Nuestro conocimiento de las placas vulnerables es incompleto, pero una vez que podamos diagnosticar las placas vulnerables a partir de placas estables, será un cambio de paradigma en el diagnóstico y pronóstico, "Dijo Yu.

Además de utilizar la tecnología para encontrar vulnerabilidades, También puede ser útil para administrar medicamentos y controlar el tratamiento. dicen los investigadores.