Usando modelado computacional, investigadores de la Universidad Carnegie Mellon, la Escuela de Minas de Colorado y la Universidad de California, Davis ha ideado un diseño para un mejor liposoma. Sus hallazgos, mientras que teórico, podría proporcionar la base para la construcción eficiente de nuevos vehículos para la administración de nanofármacos.

Los liposomas son pequeños recipientes con conchas hechas de lípidos, el mismo material que forma la membrana celular. En años recientes, Se han utilizado liposomas para la administración de fármacos dirigida. En este proceso, la membrana de un liposoma que contiene fármaco está diseñada para contener proteínas que reconocerán e interactuarán con proteínas complementarias en la membrana de una célula enferma o disfuncional. Después de que se administran los liposomas que contienen el fármaco, viajan por el cuerpo, idealmente conectándose con células objetivo donde liberan el fármaco.

Esta técnica de envasado se utiliza a menudo con nanofármacos altamente tóxicos, como medicamentos de quimioterapia, en un intento por evitar que el fármaco libre dañe las células no cancerosas. Sin embargo, Los estudios de este modelo de administración han demostrado que en muchos casos menos del 10 por ciento de los fármacos transportados por los liposomas terminan en las células tumorales. A menudo, el liposoma se abre antes de llegar a una célula tumoral y el fármaco se absorbe en los órganos del cuerpo, incluyendo el hígado y el bazo, resultando en efectos secundarios tóxicos.

"Incluso con las formas actuales de administración de fármacos dirigida, los tratamientos como la quimioterapia siguen siendo muy brutales. Queríamos ver cómo podíamos mejorar la administración de medicamentos dirigida, "dijo Markus Deserno, profesor de física en Carnegie Mellon y miembro del Centro de Biología y Biofísica de Membranas de la universidad.

En un artículo publicado en ACS Nano , Deserno y sus colegas proponen que la administración de fármacos dirigida se puede mejorar haciendo liposomas más estables. Usando tres tipos diferentes de modelado por computadora, han demostrado que los liposomas se pueden hacer más resistentes incorporando un núcleo de nanopartículas hecho de un material como el oro o el hierro y conectando ese núcleo a la membrana del liposoma utilizando ataduras de polímero. El núcleo y las correas actúan como un sistema de amortiguación y andamio similar a un eje y radio que ayuda al liposoma a resistir las tensiones y tensiones que encuentra a medida que viaja a través del cuerpo hacia su objetivo.

Francesca Stanzione y Amadeu K. Sum, de la Escuela de Minas de Colorado, llevaron a cabo una simulación detallada que observó cómo las ataduras de polímero anclan la membrana del liposoma a un nivel atomístico. Roland Faller de UC Davis hizo una simulación a mesoescala en la que se veía cómo varias ataduras se sujetaban a un pequeño parche de membrana. Cada una de estas simulaciones permitió a los investigadores observar componentes más pequeños del liposoma, Núcleo de nanopartículas y correas, pero no toda la estructura.

Para ver toda la estructura, Deserno y Mingyang Hu de Carnegie Mellon desarrollaron un modelo de grano grueso que representa agrupaciones de componentes en lugar de átomos individuales. Por ejemplo, un lípido en la membrana celular puede tener 100 átomos. En una simulación de grano fino, cada átomo estaría representado. En la simulación de grano grueso de Deserno, esos átomos podrían estar representados por solo tres piezas en lugar de 100.

"Es inviable mirar la construcción completa a un nivel atomístico. Hay demasiados átomos para considerar, y la escala de tiempo es demasiado larga. Incluso con la supercomputadora más avanzada, no tendríamos el poder para ejecutar una simulación a nivel de átomo, "Dijo Deserno." Pero la física que importa no es localmente específica. Es más como la física de la materia blanda, que puede describirse con una resolución mucho más burda ".

La simulación de Deserno permitió a los investigadores ver cómo la construcción completa de liposomas reforzados respondía al estrés y la tensión. Propusieron que si a un liposoma se le daba el eje y las correas del tamaño correcto, su membrana sería mucho más resistente, flexión para absorber el impacto y la presión.

Adicionalmente, pudieron simular cómo ensamblar mejor el liposoma, hub y sistema de sujeción. Descubrieron que si el eje y la correa se unen y se colocan en una solución de lípidos, y las condiciones del disolvente se eligen adecuadamente, un liposoma del tamaño correcto se autoensamblaría alrededor del cubo y las ataduras.

Los investigadores esperan que los químicos y desarrolladores de fármacos algún día puedan utilizar sus simulaciones para determinar qué tamaño de núcleo y correas de polímero necesitarían para asegurar de forma eficaz un liposoma diseñado para administrar un fármaco específico u otra nanopartícula. El uso de tales simulaciones podría reducir los parámetros de diseño, acelerar el proceso de desarrollo y reducir costes.