Un equipo de investigadores ha creado un nuevo sistema implantable de administración de fármacos utilizando nanocables que se pueden controlar de forma inalámbrica.

Los nanocables responden a un campo electromagnético generado por un dispositivo separado, que se puede utilizar para controlar la liberación de un fármaco precargado. El sistema elimina los tubos y cables necesarios para otros dispositivos implantables que pueden provocar infecciones y otras complicaciones. dijo el líder del equipo Richard Borgens, Mari Hulman George, profesora de Neurociencia Aplicada de la Universidad de Purdue y directora del Centro de Investigación de Parálisis de Purdue.

"Esta herramienta nos permite aplicar medicamentos según sea necesario directamente en el sitio de la lesión, que podría tener amplias aplicaciones médicas, ", Dijo Borgens." La tecnología se encuentra en las primeras etapas de prueba, pero tenemos la esperanza de que algún día se pueda utilizar para administrar medicamentos directamente a las lesiones de la médula espinal, ulceraciones lesiones óseas profundas o tumores, y evitar los terribles efectos secundarios del tratamiento sistémico con esteroides o quimioterapia ".

El equipo probó el sistema de administración de fármacos en ratones con lesiones por compresión en la médula espinal y administró el corticosteroide dexametasona. El estudio midió un marcador molecular de inflamación y formación de cicatrices en el sistema nervioso central y encontró que se redujo después de una semana de tratamiento. Se publicará un artículo en el que se detallan los resultados en un próximo número de la Diario de liberación controlada y actualmente está disponible en línea.

Los nanocables están hechos de polipirrol, un material polimérico conductor que responde a campos electromagnéticos. Wen Gao, un investigador postdoctoral en el Centro de Investigación de Parálisis que trabajó en el proyecto con Borgens, hizo crecer los nanocables verticalmente sobre una fina base de oro, como pequeñas fibras que forman un trozo de alfombra peluda cientos de veces más pequeña que una célula humana. Los nanocables se pueden cargar con un fármaco y, cuando se aplica el campo electromagnético correcto, los nanocables liberan pequeñas cantidades de carga útil. Este proceso se puede iniciar y detener a voluntad, como accionar un interruptor, utilizando el correspondiente dispositivo de estimulación de campos electromagnéticos, Dijo Borgens.

Los investigadores capturaron y transportaron un parche de la alfombra de nanocables en gotas de agua que se utilizaron para llevarlo al lugar de la lesión. Los parches de nanocables se adhieren al sitio de la lesión a través de la tensión superficial, Dijo Gao.

La magnitud y la forma de onda del campo electromagnético deben ajustarse para obtener la liberación óptima del fármaco. y los mecanismos precisos que liberan el fármaco aún no se comprenden bien, ella dijo. El equipo está investigando el proceso de liberación.

Es probable que el campo electromagnético esté afectando la interacción entre el nanomaterial y las moléculas del fármaco, Dijo Borgens.

"Creemos que es una combinación de efectos de carga y el cambio de forma del polímero lo que le permite almacenar y liberar fármacos". ", dijo." Es un proceso reversible. Una vez que se elimina el campo electromagnético, el polímero vuelve a la arquitectura inicial y retiene las moléculas de fármaco restantes ".

Para cada fármaco diferente, el equipo necesitaría encontrar el campo electromagnético óptimo correspondiente para su liberación, Dijo Gao.

Este estudio se basa en trabajos anteriores de Borgens y Gao. Gao primero tuvo que descubrir cómo hacer crecer polipirrol en una arquitectura vertical larga, lo que le permite retener mayores cantidades de un fármaco y prolonga el período de tratamiento potencial. Luego, el equipo demostró que se podía manipular para liberar dexametasona a pedido. Un documento detallando el trabajo, titulado "Acción a distancia:administración funcional de fármacos mediante nanocables de polipirrol sensibles a campos electromagnéticos, "fue publicado en la revista Langmuir .

Otros miembros del equipo involucrados en la investigación incluyen a John Cirillo, quién diseñó y construyó el sistema de estimulación de campos electromagnéticos; Youngnam Cho, ex miembro de la facultad del Centro de Investigación de la Parálisis de Purdue; y Jianming Li, un profesor asistente de investigación en el centro.

Para el estudio más reciente, el equipo utilizó ratones que habían sido modificados genéticamente de modo que la proteína Glial Fibrillary Acidic Protein, o GFAP, es luminiscente. GFAP se expresa en células llamadas astrocitos que se acumulan en grandes cantidades en las lesiones del sistema nervioso central. Los astrocitos son parte del proceso inflamatorio y forman un tejido cicatricial, Dijo Borgens.

Se colocó un parche de 1-2 milímetros de nanocables dopado con dexametasona sobre las lesiones de la médula espinal que habían sido expuestas quirúrgicamente. Dijo Borgens. Luego se cerraron las lesiones y se aplicó un campo electromagnético durante dos horas al día durante una semana. Al final de la semana, los ratones tratados tenían una señal de GFAP más débil que los grupos de control, que incluyó ratones que no fueron tratados y aquellos que recibieron un parche de nanocables pero no estuvieron expuestos al campo electromagnético. En algunos casos, los ratones tratados no tenían señal de GFAP detectable.

No se estudió si la reducción de astrocitos tuvo un impacto significativo en la curación de la médula espinal o en los resultados funcionales. Además, se desconoce la concentración de fármaco mantenida durante el tratamiento porque está por debajo de los límites de detección sistémica, Dijo Borgens.

"Este método permite una dosis muy pequeña de un medicamento para que sirva efectivamente como una gran dosis justo donde la necesita, "Dijo Borgens." Para cuando el fármaco se difunde desde el sitio hacia el resto del cuerpo, es en cantidades que son indetectables en las pruebas habituales para controlar la concentración de fármacos en el torrente sanguíneo ".

El polipirrol es un material inerte y biocompatible, pero el equipo está trabajando para crear una forma biodegradable que se disuelva una vez finalizado el período de tratamiento, él dijo.

El equipo también está tratando de aumentar la profundidad a la que funcionará el dispositivo de administración de fármacos. El sistema actual parece estar limitado a una profundidad en el tejido de menos de 3 centímetros, Dijo Gao.