Descripción general de la plataforma de nanogel P (AAm-co-MAA) y el uso de sus derivados para aplicaciones de medicina de precisión. Redes a nanoescala de acrilamida (AAm) y ácido metacrílico (MAA), reticulado con metilenbisacrilamida (BIS) o su análogo disulfuro degradable [N, N′-bis (acriloil) cistamina], se sintetizaron mediante polimerización en emulsión inversa y se modificaron mediante la química de carbodiimida con tiramina (Tyr), NORTE, N-dimetiletilendiamina (DMED), proteínas, o péptidos. En un paso adicional de post-síntesis, Se precipitaron nanopartículas de oro (AuNP) en nanogeles modificados con DMED (DMOD). Aquí, documentamos la síntesis y modificación de esta plataforma de nanogeles y demostramos el impacto de la modificación de los nanogeles en su capacidad para responder al entorno de pH, cargar y liberar un fármaco catiónico modelo, células objetivo, actuar como una enzima funcional, y transducir luz verde para terapia fototérmica. Por su sintonía y la variedad de modalidades terapéuticas habilitadas, creemos que esta plataforma es adecuada para aplicaciones de medicina de precisión. TDT, ditiotreitol; TMB, 3, 3 ′, 5, 5'-tetrametilbencidina. Crédito: Avances de la ciencia (2019). DOI:10.1126 / sciadv.aax7946
Investigadores de la Universidad de Texas en Austin han desarrollado nuevas pautas para fabricar materiales de gel a nanoescala, o nanogeles, que puede ofrecer numerosos tratamientos terapéuticos para tratar el cáncer de manera precisa. Además de permitir la administración de fármacos en respuesta a tumores, sus nanogeles pueden apuntar a células malignas (o biomarcadores), se degradan en componentes no tóxicos y ejecutan múltiples funciones clínicas.
La característica más importante de los nanogeles de los investigadores de ingeniería es su capacidad para ser modificados químicamente o "decorados" con muchas moléculas bioactivas. Estas modificaciones dan a los nanogeles decorados propiedades físicas y químicas más diversas que cualquier otra técnica existente. a pesar de su origen idéntico. Tales sistemas, que tienen el potencial de adaptarse a enfermedades específicas o incluso a pacientes individuales, podría ser una herramienta útil para los oncólogos en el futuro.
En un estudio publicado en el último número de Avances de la ciencia , Investigadores del Departamento de Ingeniería Biomédica y del Departamento de Ingeniería Química McKetta de la Escuela de Ingeniería Cockrell describen el desarrollo de estos nanogeles multipropósito para el tratamiento del cáncer. Tras una serie de modificaciones químicas, los nanogeles son capaces de realizar lo siguiente simultáneamente o en secuencia:cargar y liberar fármacos, respondiendo a entornos de pH únicos, identificación de biomarcadores, convertir la luz en calentamiento terapéutico y exhibir características de degradación.
El equipo de investigación dirigido por el pionero de la administración de fármacos Nicholas Peppas, profesor en los departamentos de ingeniería biomédica e ingeniería química, la Facultad de Farmacia de UT y la Facultad de Medicina de Dell, realizó el estudio durante cuatro años en el Instituto de Biomateriales de UT, Administración de fármacos y medicina regenerativa, que dirige Peppas.
Sintetizaron y purificaron nanogeles que contienen ácidos carboxílicos, grupos funcionales químicos que son comunes en moléculas biológicas naturales. Estos grupos funcionales permitieron a los investigadores modificar, o químicamente par, los nanogeles a moléculas bioactivas, como moléculas pequeñas, péptidos y proteínas. Se necesitaba una combinación de modificaciones para adaptar los nanogeles para la administración de fármacos dirigida y ambientalmente sensible.
"Una forma de pensar en nuestro nanogel es como un lienzo en blanco, "dijo John Clegg, quien era un Ph.D. Candidato en la Escuela Cockrell cuando trabajaba en el estudio y actualmente es becario postdoctoral en la Universidad de Harvard. "Sin tocar, un lienzo en blanco no es más que madera y tela. Igualmente, el nanogel es una estructura simple (hecha de agentes de unión de polímeros y agua). Cuando se modifica, o decorado, con diferentes grupos bioactivos, retiene la actividad de cada grupo agregado. Entonces, el sistema puede ser bastante simple o bastante sofisticado ".
El enfoque modular del equipo, que combina muchas piezas útiles en una sola un todo mayor:se aplica con frecuencia a otros sistemas de ingeniería, incluidos, entre otros, robótica y fabricación. Los investigadores de Texas Engineering han aplicado una lógica similar, excepto en la nanoescala, para desarrollar sus nanogeles.
Los investigadores indican que su trabajo también podría servir como modelo para enfoques de "medicina de precisión". En medicina de precisión, un paciente es tratado con dosis finamente ajustadas de terapias dirigidas, prescrito en cantidades que corresponden a las características conocidas de un paciente y la enfermedad que se identifican en las pruebas de diagnóstico.
"Si los portadores de nanopartículas como nuestros nanogeles van a ser útiles para aplicaciones de medicina de precisión, deberán ser lo suficientemente adaptables para satisfacer las necesidades de cada paciente, ", Dijo Clegg." Creemos que nuestro enfoque, donde un nanogel base se adapta a las características únicas de un paciente individual y facilita múltiples modalidades terapéuticas, es ventajoso en comparación con el desarrollo de muchas plataformas independientes, cada uno de los cuales ofrece una única terapia ".
Los investigadores creen que su estudio puede servir como guía práctica y prueba de concepto para los científicos que están desarrollando materiales a nanoescala para aplicaciones de medicina de precisión.
