Para una serie de tratamientos médicos innovadores y que salvan vidas, desde reemplazos de órganos e injertos de piel hasta terapia y cirugía del cáncer, el éxito a menudo depende de pasar desapercibido o defenderse del sistema inmunológico del cuerpo. En un desarrollo reciente, destinado a ayudar a la detección y el tratamiento del cáncer, Los investigadores de la Universidad de Drexel podrían haber encontrado la textura de superficie ideal para ayudar a los microscópicos, ayudantes médicos para sobrevivir en el torrente sanguíneo sin ser excluidos por los mecanismos de defensa naturales del cuerpo.

Los investigadores, dirigido por Hao Cheng, Doctor., profesor asistente en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Facultad de Ingeniería de Drexel, han estado estudiando cómo prolongar la vida de las nanopartículas en el cuerpo. Estas diminutas moléculas orgánicas apropiadamente nombradas se pueden adaptar para viajar a través del torrente sanguíneo, buscar y penetrar tumores cancerosos. Con esta habilidad, han mostrado una gran promesa, tanto como marcadores de tumores como herramientas para tratarlos. Pero en este punto, un límite importante en su efectividad es cuánto tiempo pueden permanecer en circulación, de ahí la búsqueda de Cheng.

"La mayoría de las nanopartículas sintéticas se eliminan rápidamente en el torrente sanguíneo antes de llegar a los tumores. El corto tiempo de circulación sanguínea es una de las principales barreras para las nanopartículas en la terapia del cáncer y algunas otras aplicaciones biomédicas. ", Dijo Cheng." Nuestro grupo está desarrollando un enfoque fácil que extiende drásticamente la circulación de nanopartículas en la sangre para mejorar su eficacia antitumoral ".

Su último descubrimiento, publicado en la revista ACS Nano , muestra que la topografía de la superficie es la clave para la supervivencia de las nanopartículas. El grupo de investigación de Cheng muestra cómo las capas de polímero se pueden utilizar para ocultar las nanopartículas en el torrente sanguíneo de la captación por el sistema inmunológico y el hígado, los detectores primarios del cuerpo para eliminar los intrusos dañinos de la circulación.

Obtener 'marcado'

Tan pronto como las nanopartículas ingresan al torrente sanguíneo, las proteínas plasmáticas se adhieren inmediatamente a sus superficies, un proceso llamado "adsorción de proteínas". Algunas de estas proteínas adsorbidas se comportan como un marcador para etiquetar las nanopartículas como cuerpos extraños, decirle al sistema inmunológico que los elimine.

Previamente, Los científicos creían que una vez que las nanopartículas eran macrófagos "etiquetados con proteínas", las células guardianas del sistema inmunológico, asumiría la responsabilidad principal de limpiarlos de la sangre. Pero la investigación de Cheng encontró que las células endoteliales sinusoidales del hígado en realidad juegan un papel igualmente importante en la captación de invasores corporales.

"Este fue un hallazgo algo sorprendente, ", Dijo Cheng." Los macrófagos normalmente se consideran el principal eliminador de nanopartículas en la sangre. Mientras que las células endoteliales sinusoidales del hígado expresan receptores captadores, era en gran parte desconocido que la reducción de la absorción de nanopartículas podría tener un efecto aún más dramático que los esfuerzos para prevenir la absorción por los microfagos ".

Entonces, para mantener las nanopartículas en circulación, los investigadores necesitaban desarrollar una forma de frustrar ambos conjuntos de células.

Haciendo capas

El método utilizado actualmente para mantener a raya a estas células, está recubriendo las nanopartículas con una capa de polímero para reducir la adsorción de proteínas, evitando así que las partículas sean el objetivo de su eliminación.

Polietilenglicol — PEG, para abreviar, es el polímero ampliamente utilizado como recubrimiento de nanopartículas y un laboratorio de Cheng ha empleado en su trabajo anterior el desarrollo de recubrimientos para nanopartículas que pueden penetrar tumores sólidos. Los investigadores han demostrado que la implementación de PEG en un entorno denso, una capa similar a un cepillo puede repeler las proteínas; e injertándolo menos densamente, en una forma en la que los soportes de polímero se parecen más a los hongos, también puede prevenir la adsorción de proteínas.

Pero los investigadores de Drexel descubrieron que la combinación de los dos tipos de capas crea un recubrimiento de nanopartículas que puede frustrar tanto las proteínas como las células "saltadoras" del sistema inmunológico.

"Descubrimos que se necesita un hongo en la parte superior de un cepillo para mantener las nanopartículas 'invisibles' en el torrente sanguíneo, "dijo Christopher Li, Doctor., profesor de la Facultad de Ingeniería y coautor del artículo cuyo trabajo se centra en la ingeniería de materiales blandos, como polímeros. "Nuestro enfoque jerárquico de dos capas es una forma inteligente de combinar las ventajas de la configuración del cepillo, así como capas de PEG de baja densidad que forman hongos ".

Permanecer en el juego

Resulta que con más espacio para esparcirse en una capa de nanopartículas, Los "hongos" de PEG se agitan como algas en el agua, haciendo que las nanopartículas sean difíciles de recoger para los macrófagos y las células endoteliales sinusoidales del hígado. La densa capa interna de los cepillos PEG hace su parte para mantener alejadas las proteínas, haciendo así una combinación formidable para prolongar el viaje de una nanopartícula en el torrente sanguíneo.

"Por primera vez, estamos demostrando que una estructura de superficie dinámica de nanomateriales es importante para su destino in vivo, "dijo Hao Zhou, Doctor., quien era un estudiante de doctorado en el laboratorio de Cheng y el autor principal del artículo.

Con las capas jerárquicas de polímero que cubren el exterior de las nanopartículas, Cheng descubrió que pueden permanecer en el torrente sanguíneo hasta 24 horas. Este es un aumento del doble de los mejores resultados en estudios previos de nanopartículas y significa que un mayor número de partículas podrían llegar a su destino final dentro de los tumores.

"Este descubrimiento sugiere que hemos identificado la configuración óptima de PEG para recubrir nanopartículas, "dijo Wilbur B. Bowne, MARYLAND, cirujano oncológico y profesor de la Facultad de Medicina de Drexel, que contribuyó al periódico. "Prolongar el tiempo de circulación a 24 horas amplía las posibilidades de uso de nanopartículas en la terapia y el diagnóstico del cáncer".