Los bioingenieros pueden utilizar las propiedades mecánicas únicas de las células enfermas, como las células cancerosas metastásicas, para ayudar a mejorar la administración de tratamientos farmacológicos a las células objetivo, según un equipo de investigadores de Penn State.

Muchos laboratorios de todo el mundo están desarrollando nanopartículas, sistemas de administración de fármacos para apuntar selectivamente a tumores. Dependen de un sistema de llave y cerradura en el que las llaves proteicas de la superficie de la nanopartícula encajan en las cerraduras de una proteína altamente expresada en la superficie de la célula cancerosa. Luego, la membrana celular envuelve la nanopartícula y la ingiere. Si se ingieren suficientes nanopartículas y su carga de fármacos, la célula cancerosa morirá.

La fuerza adhesiva de la cerradura y la llave es lo que impulsa la nanopartícula hacia la celda, dijo Sulin Zhang, profesor de ciencias de la ingeniería y mecánica.

"Es casi universal que siempre que haya una fuerza impulsora para un proceso, siempre hay una fuerza resistiva, "Dijo Zhang." Aquí, la fuerza impulsora es bioquímica:la interacción proteína-proteína ".

La fuerza resistiva es el costo de energía mecánica que requiere la membrana para envolver la nanopartícula. Hasta ahora, Los bioingenieros solo consideraron la fuerza impulsora y diseñaron nanopartículas para optimizar las interacciones químicas, una estrategia de focalización llamada "quimiotargeting". Zhang cree que también deberían tener en cuenta la mecánica de las células para diseñar nanopartículas para lograr una mejor orientación. que forma una nueva estrategia de segmentación denominada "segmentación mecánica".

"Estas dos estrategias de orientación son complementarias; puede combinar la orientación química y la orientación mecánica para lograr todo el potencial de los agentes diagnósticos y terapéuticos basados ​​en nanopartículas, "Dijo Zhang." El hecho es que la eficiencia de la focalización requiere un delicado equilibrio entre las fuerzas impulsoras y resistivas. Por ejemplo, si hay demasiadas claves en la superficie de la nanopartícula, aunque estas teclas solo interactúan débilmente con los bloqueos que no coinciden en las celdas normales, estos débiles, Las interacciones fuera del objetivo aún pueden proporcionar suficiente energía de adhesión para que las nanopartículas penetren en la membrana celular y maten las células sanas ".

Por otra parte, si la energía de adhesión no es lo suficientemente alta, la nanopartícula no entrará en la célula.

En "Mecanismo de segmentación:captación celular de nanopartículas dependiente de la mecánica, "publicado en línea antes de la impresión en la revista Materiales avanzados , Zhang y el equipo informan los resultados de experimentos con células cancerosas cultivadas en hidrogeles de rigidez variable. En hidrogeles blandos, las células permanecieron cohesivas y benignas y experimentaron un estrés casi constante que limitó la absorción de las nanopartículas. Pero en hidrogeles rígidos, las células se volvieron metastásicas y adoptaron una forma tridimensional, ofreciendo más superficie para que las nanopartículas se adhieran, y se volvió menos estresado. Bajo esta condición, las células absorbieron cinco veces el número de nanopartículas que las células benignas.

"Las nanopartículas son fluorescentes, por lo que contamos el número de nanopartículas que entran en la célula por la intensidad de la fluorescencia. Encontramos que en las células malignas la intensidad es cinco veces mayor, "Eso prueba que la segmentación mecánica funciona", dijo Zhang.