Pequeños vehículos hasta 1, 000 veces más pequeño que el ancho de un cabello humano envuelto en un camuflaje biológico podría proporcionar nuevas formas de tratar el cáncer con menos efectos secundarios.

Durante miles de millones de años, la naturaleza ha perfeccionado formas ingeniosas para que las células biológicas se muevan por su entorno y transporten de forma inofensiva paquetes de productos químicos entre sí.

Ahora los científicos están imitando algunos de estos procesos para crear nuevas 'nanomáquinas' que eventualmente podrían ayudar a tratar enfermedades como la leucemia y otros cánceres.

Un enfoque se inspira en la historia del sitio de Troya, cuando los griegos escondieron a sus guerreros dentro de un caballo de madera gigante para poder entrar a la ciudad.

Profesora Valentina Cauda, un ingeniero químico en el Politecnico di Torino en Italia, lidera un proyecto para crear cristales de óxido de zinc de tamaño nanométrico que pueden matar las células cancerosas desde el interior. Por sí mismos los cristales, que miden alrededor de 20 nanómetros, alrededor de 6, 000 veces más pequeño que el ancho de un cabello humano:puede ser tóxico para las células sanas del cuerpo y puede desencadenar una reacción inmunitaria que les impide llegar al tumor.

Pero la profesora Cauda y sus colegas del proyecto TrojaNanoHorse han desarrollado un caparazón alrededor de los cristales para que puedan deslizarlos más allá de las defensas del cuerpo y dentro de las células cancerosas.

"La idea es eludir al sistema inmunológico y eludir la barrera de la membrana celular gracias a la capa biomimética, "dice el profesor Cauda." En la analogía del caballo de Troya, la célula (cancerosa) puede ser la ciudad de Troya ".

Graso

Las pequeñas conchas que están entre 100-200nm o 1, 000 veces más pequeño que un cabello humano, están hechos de moléculas grasas llamadas lípidos que forman la membrana externa de casi todas las células vivas. En naturaleza, pequeñas gotas hechas de estos lípidos, conocidas como vesículas, brotan constantemente de la superficie de nuestras células con mensajes químicos o materiales no deseados en su interior para que puedan transportarse de manera segura a otras partes del cuerpo.

La profesora Cauda y su equipo han intentado copiar esto recubriendo sus nanocristales con vesículas producidas por células cultivadas en el laboratorio para que ellas también puedan pasar inofensivamente a través del cuerpo. La superficie de las vesículas también puede estar tachonada con anticuerpos contra células cancerosas específicas, ayudándoles a concentrarse sólo en las células que quieren matar.

Una vez que una vesícula encuentra una célula cancerosa, sus anticuerpos se unirán a la superficie, permitiendo que los lípidos se fusionen con la célula y liberando el nanocristal tóxico en su interior. Y al hacer crecer nanoconchas a partir de células extraídas del propio cuerpo del paciente, El profesor Cauda cree que será posible crear tratamientos personalizados que puedan evadir el sistema inmunológico y al mismo tiempo matar las células cancerosas.

El equipo ya ha probado el enfoque de nanoconchas contra las células leucémicas y el cáncer de cuello uterino en el laboratorio. Si bien esperan poder realizar ensayos en humanos en el futuro, El profesor Cauda advirtió que aún podrían pasar muchos años antes de que lleguen a esa etapa.

Beneficios

Si tiene éxito, sin embargo, este enfoque de nanomedicina podría traer beneficios en comparación con los tratamientos de quimioterapia tradicionales al apuntar solo a las células tumorales, dejando el tejido sano intacto y reduciendo así los efectos secundarios.

"El enfoque de nanomedicina podría ofrecer un tratamiento personalizado y selectivo en el lugar para el paciente, "dijo el profesor Cauda.

Este enfoque, sin embargo, todavía depende en gran medida de las nanocapas que actúan sobre las células cancerosas a medida que circulan en el torrente sanguíneo del paciente para que puedan adherirse a ellas.

Otro equipo de investigadores está trabajando en nano y micro máquinas que podrían mejorar activamente esto llevando tratamientos al lugar del cuerpo donde se necesitan.

Dra. Larisa Florea, un científico de materiales en el Trinity College de Dublín en Irlanda, lidera un proyecto llamado ChemLife para crear vehículos en miniatura que puedan moverse por sí mismos en un líquido.

Quimiotaxis

El equipo está intentando emular una forma de movimiento conocida como quimiotaxis, que es empleado por algunos microorganismos básicos y les permite moverse a través de soluciones de baja salinidad a alta salinidad, o de soluciones ácidas a alcalinas, por ejemplo.

Otros equipos de investigación en los EE. UU. Han demostrado anteriormente que las gotas artificiales se pueden navegar con mucha precisión a través de laberintos complejos con este enfoque. La Dra. Florea y sus colegas han intentado extender esto usando la luz para controlar el movimiento de las gotas.

Han creado gotitas en forma de vesículas que emparejan moléculas sensibles a la luz con compuestos conocidos como tensioactivos. Los tensioactivos se encuentran comúnmente en los detergentes, pero también se encuentran comúnmente en muchos sistemas biológicos.

Cuando se expone a la luz, las moléculas 'fotosensibles' reaccionan cambiando su forma, alterando la tensión superficial en cada lado de la gota. Esto hace que las moléculas de la gota fluyan de un lado al otro, conduciéndolo hacia adelante, un poco como la pisada de un tanque.

El equipo ha demostrado que pueden dirigir con precisión las gotas a través de espacios tridimensionales y alcanzar velocidades de hasta 10,4 mm por segundo (0,02 mph).

"Si compara la velocidad del movimiento con el tamaño de estas microgotas, son mas rapidos, libra por libra, que algunos de los mejores nadadores del mundo, "dijo el Dr. Florea.

También han podido demostrar que sus vehículos en forma de gota pueden transportar carga, entregándolo a otras gotitas para desencadenar una reacción química. Genera esperanzas de que se puedan usar métodos similares para administrar medicamentos u otros tipos de tratamientos a células específicas del cuerpo.

Si bien puede ser difícil usar la luz para navegar una gota que transporta drogas a través del cuerpo, La Dra. Florea y sus colegas también han explorado el uso de corrientes eléctricas leves.

Impulsar

El equipo también ha estado desarrollando micromáquinas más complejas que pueden nadar o arrastrarse a través de líquidos como pequeñas bacterias. Utilizando técnicas de impresión 3D de alta precisión, han podido crear estructuras de hidrogel de unos pocos micrómetros de tamaño que pueden contraerse y expandirse para impulsar una estructura hacia adelante.

"Hemos estado haciendo pequeñas estructuras parecidas a flores, por ejemplo, que pueden abrirse y cerrarse en respuesta a diferentes estímulos, ", dijo." Por ejemplo, podría abrirse a un cierto pH y cerrarse a otro ".

Esto sucede porque los hidrogeles se expanden al absorber agua y se contraen expulsándola de acuerdo con el pH de la solución circundante. El Dr. Florea dijo que esperan controlar también el movimiento de los hidrogeles con cambios de temperatura o pulsos de luz.

El equipo de ChemLife está utilizando estos hidrogeles para crear estructuras con diminutos flagelos giratorios, los diminutos apéndices en forma de cola que algunas bacterias usan para impulsarse. También están creando estructuras parecidas a gusanos a partir del mismo tipo de hidrogeles que pueden arrastrarse por superficies o líquidos.

"El objetivo final es que estos microvehículos realicen acciones como la administración de fármacos o la detección (química), ", dijo el Dr. Florea." Pero tenemos que ser realistas de que esto podría no lograrse en un futuro cercano, ya que el cuerpo es un entorno muy difícil ".

Las diminutas estructuras móviles también podrían encontrar usos de otras formas. Estos incluyen el suministro de productos químicos para mejorar mejor las reacciones industriales o la creación de micro pinzas suaves que podrían activarse de forma remota para manipular componentes delicados como células sin dañarlos.

"Cuando miras lo que la naturaleza puede lograr, las oportunidades son infinitas, "añadió el Dr. Florea.