La forma cúbica mejora la interacción de las partículas poliméricas capa por capa con las células del cáncer de mama. Materiales avanzados para el cuidado de la salud, 2015, Vol. 17, portada. Crédito:Wiley-VCH Verlag GmbH &Co. KGaA.
Eugenia Kharlampieva, investigadora de la Universidad de Alabama en Birmingham, Doctor., fabrica microcápsulas de polímero destinadas a transportar medicamentos contra el cáncer al sitio de un tumor. Trabajando en el Departamento de Química de la UAB en la intersección de la química de polímeros, nanotecnología y ciencia biomédica, ella está creando nuevas partículas "inteligentes" que proporcionarán una administración controlada de fármacos terapéuticos. Específicamente, ha descubierto que los cambios en la forma o la elasticidad de estos diminutos portadores influyen en gran medida en su capacidad para superar los obstáculos para la administración de fármacos que se encuentran entre una inyección en una vena y la absorción en una célula cancerosa.
En un artículo reciente, Kharlampieva y sus colegas compararon cuatro microcápsulas diferentes:cubos rígidos o esferas, y cubos o esferas elásticas, para ver cómo se desempeñan frente a tres desafíos. El primero es evitar que las células sanas del sistema inmunológico de los macrófagos se traguen, que actúan como vigías y primeros defensores contra patógenos extraños que ingresan al cuerpo. El segundo es la capacidad de atravesar las pequeñas aberturas en las paredes de los vasos sanguíneos no saludables para llegar a las células tumorales. El tercero es captado por células tumorales, donde pueden administrar su carga útil de quimioterapia.
En los experimentos in vitro, el equipo encontró claros ganadores. Para el desafío de los macrófagos, las esferas elásticas y los cubos eran mucho mejores para evitar el engullimiento en comparación con las esferas sólidas y los cubos. Esto significa potencialmente menos daño para las células sanas del sistema inmunológico y una vida media más larga en el torrente sanguíneo para las microcápsulas terapéuticas elásticas.
"Queremos que se mantengan alejados de los macrófagos, que son como los soldados purificadores del torrente sanguíneo, ", Dijo Kharlampieva." Descubrimos que las partículas huecas son mucho más elásticas, y no son absorbidos por macrófagos, lo cual es fantástico ".
En el desafío de pasar por pequeñas aberturas, las esferas elásticas y los cubos de nuevo eran mucho mejores que las microcápsulas sólidas. Las paredes de los vasos sanguíneos microscópicos en los tumores tienen aberturas que oscilan entre 300 nanómetros y 1,2 micrómetros. Los investigadores encontraron que las microcápsulas elásticas, que tienen 2 micrómetros de ancho, podría pasar a través de poros que eran dos o tres veces más pequeños que los diámetros de las partículas. Y después de atravesarlo, las microcápsulas recuperaron su forma de esferas o cubos.
En las pruebas de captación en las células del cáncer de mama, los cubos, ya sean sólidos o elásticos, mostraron una mayor absorción, posiblemente porque las paredes planas tienen una mayor superficie de contacto con las células.
Por lo tanto, en general, los investigadores escriben, "Nuestros datos muestran que las cápsulas cúbicas elásticas poseen características biológicas importantes, lo que puede justificar su mayor desarrollo para la terapia del cáncer ".
Imagen de microscopía confocal de barrido láser de células de cáncer de mama humano SUM159 incubadas con cápsulas cúbicas durante 24 horas. Los núcleos celulares están teñidos de azul, el esqueleto celular está teñido de verde, y las cápsulas están etiquetadas con un fluoróforo rojo. Crédito:E. Kharlampieva
El próximo paso para Kharlampieva y sus colegas será probar el significado biológico, observar cómo los cambios en la forma y la elasticidad afectan el destino y los destinos de estas microcápsulas de polímero en el torrente sanguíneo de los ratones.
Detalles
Para fabricar las esferas y los cubos, Kharlampieva y sus colegas comienzan con andamios sólidos, ya sea una partícula esférica de dióxido de silicio o un cristal cúbico de carbonato de manganeso. Luego, recubren las partículas con cinco bicapas de polímeros, utilizando ácido tánico y poli (N-vinilpirrolidona). Para las microcápsulas sólidas, dejan los andamios en su lugar. Para las microcápsulas elásticas, eliminan los andamios con ácido o un agente quelante.
Las microcápsulas resultantes son solubles en agua, no tóxico y biodegradable, que les conviene para el trabajo de administración controlada de medicamentos, y las paredes de polímero de estas formas tienen solo 50 nanómetros de espesor. Su elasticidad se mide con un microscopio de fuerza atómica, y son tan pequeños que una línea de 12, 700 de las microcápsulas medirían 1 pulgada.
La investigación de Kharlampieva sobre los efectos de la forma y la elasticidad proviene de la simple observación de que las células del cuerpo que viajan a través del torrente sanguíneo no son esféricas y son bastante elásticas.
El papel, "La forma cúbica mejora la interacción de las partículas poliméricas capa por capa con las células del cáncer de mama, "fue publicado en Materiales avanzados para el cuidado de la salud .
