Representación de un artista de 'microsubmarinos' que transportan su carga médica a través de capilares entre los glóbulos rojos. Crédito:UNSW
Los ingenieros de la UNSW han demostrado que los microsubmarinos impulsados por nanomotores podrían navegar por el cuerpo humano para proporcionar una administración de fármacos dirigida a los órganos enfermos sin la necesidad de un estímulo externo.
Los cánceres en el cuerpo humano pueden algún día ser tratados por pequeños, "microsubmarinos" autopropulsados que suministran medicamentos a los órganos afectados después de que los ingenieros químicos y biomédicos de la UNSW Sydney demostraran que era posible.
En un artículo publicado en Materiales hoy , los ingenieros explican cómo desarrollaron submarinos del tamaño de un micrómetro que explotan entornos biológicos para ajustar su flotabilidad, permitiéndoles llevar medicamentos a lugares específicos del cuerpo.
El autor para correspondencia, el Dr. Kang Liang, con la Escuela de Ingeniería Biomédica y la Escuela de Ingeniería Química en UNSW, dice que el conocimiento se puede utilizar para diseñar "micromotores" o vehículos de administración de nanofármacos de próxima generación, aplicando nuevas fuerzas impulsoras para alcanzar objetivos específicos en el cuerpo.
"Ya sabemos que los micromotores utilizan diferentes fuerzas impulsoras externas, como la luz, calor o campo magnético:para navegar activamente a una ubicación específica, "Dice el Dr. Liang.
"En esta investigación, Diseñamos micromotores que ya no dependen de la manipulación externa para navegar a una ubicación específica. En lugar de, aprovechan las variaciones en los entornos biológicos para navegar automáticamente por sí mismos ".
Lo que hace que estas micropartículas sean únicas es que responden a los cambios en los entornos de pH biológico para autoajustar su flotabilidad. De la misma forma que los submarinos utilizan oxígeno o agua para inundar los puntos de lastre para hacerlos más o menos flotantes, Las burbujas de gas liberadas o retenidas por los micromotores debido a las condiciones de pH en las células humanas contribuyen a que estas nanopartículas se muevan hacia arriba o hacia abajo.
Esto es importante no solo para aplicaciones médicas, pero para micromotores en general.
"La mayoría de los micromotores viajan en dos dimensiones, "Dice el Dr. Liang.
"Pero en este trabajo, diseñamos un mecanismo de dirección vertical. Combinamos estos dos conceptos para llegar a un diseño de micromotores autónomos que se mueven en 3-D. Esto permitirá su uso final como vehículos inteligentes de administración de medicamentos en el futuro ".
El Dr. Liang ilustra un posible escenario en el que se toman medicamentos por vía oral para tratar un cáncer en el estómago o los intestinos. Para dar una idea de escala, dice que cada cápsula de medicina podría contener millones de microsubmarinos, y dentro de cada microsubmarino habría millones de moléculas de fármacos.
"Imagina que te tragas una cápsula para atacar un cáncer en el tracto gastrointestinal, " él dice.
"Una vez en el líquido gastrointestinal, los microsubmarinos que transportan la medicina podrían ser liberados. Dentro del fluido podrían viajar a la región superior o inferior dependiendo de la orientación del paciente.
"Las partículas cargadas con el fármaco pueden luego ser internalizadas por las células en el sitio del cáncer. Una vez dentro de las células, se degradarán provocando la liberación de medicamentos para combatir el cáncer de una manera muy específica y eficiente ".
Para que los microsubmarinos encuentren su objetivo, un paciente debería estar orientado de tal manera que el cáncer o la dolencia que se está tratando sea hacia arriba o hacia abajo; en otras palabras, un paciente estaría de pie o acostado.
El Dr. Liang dice que los llamados microsubmarinos son esencialmente sistemas de micromotores compuestos de estructura organometálica (MOF) que contienen una enzima bioactiva (catalasa, CAT) como motor para la generación de burbujas de gas. Él enfatiza que la investigación de él y sus colegas se encuentra en la etapa de prueba de concepto, con años de pruebas que deben completarse antes de que esto se convierta en una realidad.
El Dr. Liang dice que el equipo de investigación, compuesto por ingenieros de UNSW, Universidad de Queensland, La Universidad de Stanford y la Universidad de Cambridge también buscarán fuera de las aplicaciones médicas estos nuevos nanomotores multidireccionales.
"Estamos planeando aplicar este nuevo hallazgo a otros tipos de nanopartículas para demostrar la versatilidad de esta técnica, " él dice.