Los científicos están interesados ​​en usar geles para administrar medicamentos porque pueden moldearse en formas específicas y diseñarse para liberar su carga útil durante un período de tiempo específico. Sin embargo, las versiones actuales no siempre son prácticas porque deben implantarse quirúrgicamente.

Para ayudar a superar ese obstáculo, Los ingenieros químicos del MIT han diseñado un nuevo tipo de hidrogel autocurativo que podría inyectarse a través de una jeringa. Tales geles, que puede transportar una o dos drogas a la vez, podría ser útil para tratar el cáncer, degeneración macular, o enfermedad del corazón, entre otras enfermedades, dicen los investigadores.

El nuevo gel consiste en una red de malla hecha de dos componentes:nanopartículas hechas de polímeros entrelazados dentro de hebras de otro polímero, como la celulosa.

"Ahora tienes un gel que puede cambiar de forma cuando le aplicas estrés, y luego, en tono rimbombante, puede volver a sanar cuando relajas esas fuerzas. Eso le permite exprimirlo a través de una jeringa o una aguja e introducirlo en el cuerpo sin cirugía. "dice Mark Tibbitt, un postdoctorado en el Instituto Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer del MIT y uno de los autores principales de un artículo que describe el gel en Nature Communications el 19 de febrero.

El postdoctorado del Koch Institute Eric Appel es también autor principal del artículo, y el autor principal del artículo es Robert Langer, el profesor del Instituto David H. Koch del MIT. Otros autores son el postdoctorado Matthew Webber, estudiante Bradley Mattix, y el postdoctorado Omid Veiseh.

Cúrate a ti mismo

Los científicos han construido previamente hidrogeles para usos biomédicos mediante la formación de enlaces químicos irreversibles entre polímeros. Estos geles, utilizado para hacer lentes de contacto blandos, entre otras aplicaciones, son duros y resistentes, pero una vez que se forman, su forma no se puede alterar fácilmente.

El equipo del MIT se propuso crear un gel que pudiera sobrevivir a fuertes fuerzas mecánicas, conocidas como fuerzas cortantes, y luego reformarse. Otros investigadores han creado tales geles mediante la ingeniería de proteínas que se autoensamblan en hidrogeles, pero este enfoque requiere procesos bioquímicos complejos. El equipo del MIT quería diseñar algo más simple.

"Trabajamos con materiales realmente sencillos, Tibbitt dice que no requieren ninguna funcionalización química avanzada.

El enfoque del MIT se basa en una combinación de dos componentes fácilmente disponibles. Uno es un tipo de nanopartícula formada por copolímeros de PEG-PLA, desarrollado por primera vez en el laboratorio de Langer hace décadas y ahora se usa comúnmente para empaquetar y entregar medicamentos. Para formar un hidrogel, los investigadores mezclaron estas partículas con un polímero, en este caso, celulosa.

Cada cadena de polímero forma enlaces débiles con muchas nanopartículas, produciendo un entramado de polímeros y nanopartículas de tejido suelto. Debido a que cada punto de conexión es bastante débil, los enlaces se rompen bajo tensión mecánica, como cuando se inyecta a través de una jeringa. Cuando las fuerzas cortantes terminan, los polímeros y nanopartículas forman nuevos aditamentos con diferentes socios, curando el gel.

El uso de dos componentes para formar el gel también brinda a los investigadores la oportunidad de administrar dos medicamentos diferentes al mismo tiempo. Las nanopartículas de PEG-PLA tienen un núcleo interno que es ideal para transportar fármacos hidrofóbicos de moléculas pequeñas, que incluyen muchos medicamentos de quimioterapia. Mientras tanto, los polímeros, que existen en una solución acuosa, puede transportar moléculas hidrofílicas como proteínas, incluyendo anticuerpos y factores de crecimiento.

Entrega de medicamentos a largo plazo

En este estudio, los investigadores demostraron que los geles sobrevivieron a la inyección debajo de la piel de los ratones y liberaron con éxito dos medicamentos, uno hidrofóbico y otro hidrofílico, durante varios días.

Este tipo de gel ofrece una ventaja importante sobre la inyección de una solución líquida de nanopartículas de liberación de fármacos:mientras que una solución se dispersará inmediatamente por todo el cuerpo, el gel permanece en su lugar después de la inyección, permitiendo que el fármaco se dirija a un tejido específico. Es más, las propiedades de cada componente del gel se pueden ajustar para que los medicamentos que transportan se liberen a diferentes velocidades, permitiendo que se adapten a diferentes usos.

Los investigadores ahora están estudiando el uso del gel para administrar fármacos anti-angiogénesis para tratar la degeneración macular. En la actualidad, los pacientes reciben estos medicamentos, que cortan el crecimiento de los vasos sanguíneos que interfieren con la vista, en forma de inyección en el ojo una vez al mes. El equipo del MIT prevé que el nuevo gel podría programarse para administrar estos medicamentos durante varios meses, Reducir la frecuencia de las inyecciones.

Otra aplicación potencial de los geles es la administración de fármacos, como factores de crecimiento, que podría ayudar a reparar el tejido cardíaco dañado después de un ataque cardíaco. Los investigadores también están buscando la posibilidad de usar este gel para administrar medicamentos contra el cáncer para matar las células tumorales que quedan después de la cirugía. En ese caso, el gel se cargaría con una sustancia química que atrae a las células cancerosas hacia el gel, así como un fármaco de quimioterapia que los mataría. Esto podría ayudar a eliminar las células cancerosas residuales que a menudo forman nuevos tumores después de la cirugía.

"La extirpación del tumor deja una cavidad que podría llenar con nuestro material, lo que proporcionaría algún beneficio terapéutico a largo plazo al reclutar y matar esas células, Appel dice:"Podemos adaptar los materiales para que nos proporcionen el perfil de liberación de fármacos que lo haga más eficaz para reclutar células".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.