Las nanopartículas se han anunciado como una posible "tecnología disruptiva" en biomedicina, una plataforma versátil que podría suplantar las tecnologías convencionales, tanto como vehículos de administración de fármacos como herramientas de diagnóstico.

Primero, sin embargo, Los investigadores deben demostrar la desintegración en el momento adecuado de estas estructuras extremadamente pequeñas, un proceso esencial para su desempeño y su capacidad para eliminarse de manera segura del cuerpo de un paciente una vez que haya terminado su trabajo. Un nuevo estudio presenta un método único para medir directamente la degradación de nanopartículas en tiempo real en entornos biológicos.

"Las nanopartículas se fabrican con diseños y propiedades muy diversos, pero todos ellos deben ser eventualmente eliminados del cuerpo después de que completen su tarea, "dijo el investigador de cardiología Michael Chorny, Doctor., del Hospital de Niños de Filadelfia (CHOP). "Ofrecemos un nuevo método para analizar y caracterizar el desmontaje de nanopartículas, como un paso necesario en la traducción de nanopartículas en uso clínico ".

Chorny y sus colegas describieron esta novedosa metodología en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , publicado en línea el 3 de marzo de 2014, y en la edición impresa de la revista del 18 de marzo.

El equipo de CHOP ha investigado durante mucho tiempo las nanopartículas biodegradables para aplicaciones médicas. Con diámetros que van desde unas pocas decenas hasta unos cientos de nanómetros, estas partículas son de 10 a 1000 veces más pequeñas que los glóbulos rojos (un nanómetro es una millonésima de milímetro). Un desafío importante es monitorear continuamente el destino de las nanopartículas en entornos biológicos modelo y en células vivas sin interrumpir las funciones celulares.

"Medir con precisión el desmontaje de nanopartículas en tiempo real directamente en los medios de interés, como el interior de una célula viva u otros tipos de medio biológico complejo, es un reto. Nuestro objetivo aquí era desarrollar un método no invasivo que proporcionara resultados imparciales, ", dijo Chorny." Estos resultados ayudarán a los investigadores a personalizar las formulaciones de nanopartículas para aplicaciones terapéuticas y de diagnóstico específicas ".

El equipo de estudio utilizó un fenómeno físico llamado transferencia de energía de resonancia de Förster, o FRET, como una especie de regla molecular para medir la distancia entre los componentes de sus partículas.

Para esto, los investigadores etiquetaron sus formulaciones con sondas fluorescentes que muestran la transferencia de energía sin radiación, es decir., PREOCUPARSE, cuando se encuentra dentro de la misma partícula. Este proceso da como resultado un patrón especial de fluorescencia, una "huella digital" de partículas físicamente intactas, que desaparece gradualmente a medida que avanza el desmontaje de partículas. Este cambio en las propiedades fluorescentes de las nanopartículas se puede controlar directamente sin separar las partículas de su entorno. permitiendo sin distorsiones, mediciones continuas de su integridad.

"Las moléculas deben estar muy juntas, con solo varios nanómetros de distancia, para que se produzca la transferencia de energía, "dijo Chorny." Los cambios en los patrones de fluorescencia reflejan sensiblemente la cinética del desensamblaje de nanopartículas. Basado en estos resultados, podemos mejorar el diseño de las partículas para hacerlas más seguras y efectivas ".

La tasa de desmontaje es muy relevante para aplicaciones potenciales específicas. Por ejemplo, algunas nanopartículas pueden contener un fármaco destinado a una acción rápida, mientras que otros deben mantener la droga protegida y liberada de manera controlada a lo largo del tiempo. Adaptar las propiedades de la formulación para estas tareas puede requerir un ajuste cuidadoso del marco de tiempo del desmontaje de la nanopartícula. Aquí es donde esta técnica puede convertirse en una herramienta valiosa, facilitando enormemente el proceso de optimización

En el estudio actual, los científicos analizaron cómo las nanopartículas se desintegraron tanto en medios líquidos como semilíquidos, y en células vasculares que simulan el destino de las partículas utilizadas para administrar la terapia a los vasos sanguíneos lesionados. "Descubrimos que es probable que el desmontaje ocurra más rápidamente al principio del proceso de curación de los vasos y se ralentice más tarde. Esto puede tener implicaciones para el diseño de nanopartículas destinadas a fármacos dirigidos". terapia génica o celular de la enfermedad vascular, "dijo Chorny.

Chorny y sus colegas han estudiado durante mucho tiempo el uso de nanopartículas formuladas como portadores que administran medicamentos antiproliferativos y bioterapéuticos a los vasos sanguíneos sujetos a una peligrosa reestenosis (nuevo bloqueo). Muchos de estos estudios, en el laboratorio de Investigación en Cardiología del coautor de CHOP, Robert J. Levy, MARYLAND., utilizar campos magnéticos externos para guiar nanopartículas impregnadas de óxido de hierro hacia stents arteriales metálicos, andamios estrechos implantados dentro de los vasos sanguíneos.

La investigación actual, dijo Chorny, si bien es inmediatamente relevante para la terapia de reestenosis y el parto guiado magnéticamente, tiene aplicaciones potenciales mucho más amplias. "Las nanopartículas se podrían formular con agentes de contraste para diagnóstico por imagen, o podría administrar medicamentos contra el cáncer a un tumor, ", dijo." Nuestra herramienta de medición puede ayudar a los investigadores a desarrollar y optimizar sus formulaciones de nanomedicina para una variedad de usos médicos ".