Investigadores de la Universidad de Texas en Dallas han desarrollado un método prometedor para estimular remotamente la actividad en regiones profundas del cerebro, avanzar en la comprensión de cómo actúan las moléculas en el cerebro y allanar el camino para mejores tratamientos contra el cáncer y terapias para otras enfermedades.

El enfoque se basa en la poderosa combinación de nanopartículas de oro y láseres, que también juega un papel fundamental en otro proyecto de investigación de UT Dallas destinado a desarrollar una prueba de diagnóstico rápido para la influenza y, posiblemente, el virus COVID-19.

Oro para neuromodulación

La luz es una herramienta importante para modular los sistemas biológicos, pero la absorción y la dispersión en los tejidos biológicos limitan significativamente su penetración. El sistema desarrollado por investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias de la Computación Erik Jonsson y la Escuela de Ciencias del Comportamiento y del Cerebro empaqueta moléculas dentro de cápsulas microscópicas recubiertas de oro. o nanovesículas, que puede ser muy sensible a la luz infrarroja cercana.

El sistema podría resolver desafíos en el tratamiento de enfermedades, como garantizar que la medicación se administre a tumores de difícil acceso en regiones cerebrales profundas y, al mismo tiempo, reducir el daño al tejido sano. Usando ese ejemplo, las nanovesículas y su carga se inyectan en el tejido cerebral. Los láseres externos de infrarrojo cercano que penetran en el tejido hacen que las cápsulas se abran y liberen el fármaco. Los investigadores describen el enfoque y los resultados de las pruebas en un modelo animal en un artículo publicado en línea en la revista de química. Angewandte Chemie .

"Nuestro sistema convierte la luz en una onda mecánica que sacude la vesícula para abrirla, "dijo el Dr. Zhenpeng Qin, profesor asistente de ingeniería mecánica en UT Dallas y autor correspondiente del estudio.

Otros investigadores han utilizado luz infrarroja cercana para activar nanopartículas portadoras de fármacos, como los liposomas de fosfolípidos, que liberan su carga cuando son calentados por el láser, pero el enfoque de Qin con nanovesículas recubiertas de oro utiliza aproximadamente 40 veces menos energía láser.

En pruebas en modelos animales, Qin y sus colegas encontraron que la luz del infrarrojo cercano penetraba 4 milímetros en el cerebro, que fue suficiente para llegar a la mayoría de las regiones del cerebro objetivo. Qin dijo que anticipa que el láser penetra lo suficiente como para alcanzar objetivos en las profundidades del cerebro de los roedores que ayudarán a responder preguntas importantes en neuromodulación.

Si bien el sistema de nanovesículas debe someterse a más desarrollo y pruebas antes de que pueda usarse en la atención clínica, Qin dijo que el enfoque eventualmente podría aplicarse a trastornos neurológicos u otros cánceres. Dr. Hejian Xiong, investigador asociado en el laboratorio de Qin y coautor del artículo de la revista, recibió una nueva beca postdoctoral del Centro de Investigación de Fosfolípidos en Alemania para estudiar el uso de nanovesículas recubiertas de oro y láseres ultracortos de infrarrojo cercano para apuntar y aliviar el dolor en pacientes después de la cirugía. El proyecto tiene como objetivo proporcionar un sistema de manejo del dolor ajustable que podría reducir la necesidad de opioides.

Pruebas de enfermedades infecciosas

En un proyecto de investigación separado, Qin recibió recientemente $ 293, 000 de los Programas de Investigación Médica Dirigidos por el Congreso para desarrollar una prueba precisa y menos costosa para enfermedades infecciosas, incluida la influenza, que podría llevarse a cabo en los consultorios médicos. El principio de prueba también podría aplicarse para diagnosticar COVID-19.

Si bien muchos médicos realizan pruebas rápidas de influenza en el lugar, las pruebas pueden pasar por alto la influenza en 30% a 50% de los casos, según los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades. Las muestras deben enviarse a un laboratorio para un diagnóstico preciso, que puede llevar días.

"Queremos mejorar la sensibilidad de las pruebas para que los médicos puedan tomar decisiones frente al paciente, para poder decir que lo tienes o no lo tienes, "Dijo Qin.

En el método de prueba, Las nanopartículas de oro están unidas a moléculas de anticuerpos que pueden reconocer y unirse a moléculas de proteínas que se encuentran en la superficie de los virus. Los investigadores aplican pulsos de láser cortos para activar las nanopartículas y generar burbujas a nanoescala, o nanoburbujas. La acumulación de nanoburbujas indica la presencia de un virus.

"Al utilizar la óptica para detectar y contar las nanoburbujas, podemos detectar de forma sensible y rápida la presencia de virus respiratorios específicos, "Dijo Qin.

Una de las ventajas del enfoque es que no requeriría una preparación extensa de la muestra, Dijo Qin. El método podría ayudar a los médicos a diagnosticar virus mucho más rápido y reducir los costos de atención médica al eliminar la necesidad de costosas visitas al laboratorio. El enfoque podría usarse para detectar un solo virus o varios virus.

Por último, los investigadores prevén que la prueba se utilizará ampliamente en hospitales y clínicas que no tienen laboratorios; sin embargo, será necesario probar más el método de diagnóstico antes de que esté ampliamente disponible.

El grupo de Qin no está trabajando con el coronavirus vivo, solo con genes virales, proteínas y anticuerpos. Qin ha obtenido previamente tales muestras de pacientes para su investigación sobre el virus sincitial respiratorio y la influenza.