Las nanopartículas se emplean activamente en medicina como agentes de contraste, así como para el diagnóstico y la terapia de diversas enfermedades. Sin embargo, el desarrollo de nuevos nanoagentes multifuncionales se ve obstaculizado por la dificultad de controlar su circulación sanguínea. Investigaciones del Instituto de Física y Tecnología de Moscú, el Instituto Shemyakin-Ovchinnikov de Química Bioorgánica de RAS, Instituto de Física de Ingeniería de Moscú, Instituto de Física General Prokhorov de RAS, y la Universidad de Sirius han desarrollado un nuevo método no invasivo de medición de nanopartículas en el torrente sanguíneo que cuenta con una resolución de tiempo alta. Esta técnica ha revelado los parámetros básicos que afectan la vida útil de las partículas en el torrente sanguíneo, que potencialmente puede conducir al descubrimiento de nuevos, nanoagentes más eficaces para su uso en biomedicina. Los resultados del estudio se han publicado en la Diario de liberación controlada .

Las aplicaciones clínicas de las nanopartículas (NP) requieren un análisis preciso de su comportamiento in vivo, en particular, la duración de la permanencia del NP en el torrente sanguíneo. Es el parámetro que determina si hay tiempo suficiente para que el NP se extienda por todo el cuerpo, alcanzar su objetivo terapéutico (p. ej., un tumor), y unirse a él. Alternativamente, el tiempo de circulación excesivamente largo puede conducir a la acumulación de partículas en tejidos sanos, aumentando así su toxicidad secundaria.

La circulación de NP en el torrente sanguíneo generalmente se estudia mediante la extracción de muestras de sangre y la medición del contenido de nanoagentes. "El problema de estas técnicas es que las partículas a menudo se eliminan del torrente sanguíneo en cuestión de minutos, por lo que el investigador solo puede tomar dos o tres muestras de sangre". que es insuficiente para el análisis, "comentó el coautor del estudio Maxim Nikitin, quien dirige el Laboratorio de Nanobiotecnología en MIPT.

Aparte de eso, la extracción de sangre repetida es estresante para el organismo y puede afectar indirectamente a la circulación de partículas. Los nuevos métodos no invasivos de monitorización de la actividad de las partículas in vivo son, por tanto, cruciales para el desarrollo de la nanomedicina.

Los investigadores utilizaron el método de cuantificación de partículas magnéticas (MPQ) desarrollado por ellos para tomar medidas no invasivas de la cinética de las partículas sanguíneas. Se colocaron colas de ratones o conejos en la bobina de detección del lector MPQ, luego a los animales se les inyectaron las nanopartículas, y se controló la concentración de NP en las venas y arterias de la cola en tiempo real. Esta tecnología también se puede utilizar con humanos, mi. gramo., a través de las manos o las yemas de los dedos colocadas en la bobina de detección.

El nuevo método ofrece una forma no invasiva de obtener información única sobre la cinética de partículas que también es más simple que los enfoques tradicionales. Permite una mayor exploración de lo que podría influir en el comportamiento de las partículas en el torrente sanguíneo de los animales.

Los investigadores investigaron tres grupos de factores, incluidas las propiedades físico-químicas de las partículas, las particularidades de su administración, y el estado del cuerpo del animal. El NP de menor tamaño cargado negativamente inyectado en dosis más altas permaneció en el torrente sanguíneo por más tiempo. También se ha descubierto que si se inyectan partículas en la sangre repetidamente, la circulación de dosis de partículas posteriores se prolonga significativamente.

“Hay casos similares en la práctica clínica cuando a un paciente se le inyectan inicialmente agentes de contraste de resonancia magnética de nanopartículas (partículas magnéticas) y luego con el NP terapéutico, como los liposomas que transportan medicamentos. Hemos demostrado que las partículas pueden afectarse entre sí, que puede influir en el tratamiento, "dijo el autor del estudio, Ivan Zelepukin, investigador del Instituto de Química Bioorgánica y MIPT de la Academia de Ciencias de Rusia.

Lo que parecía ser uno de los aspectos clave era el estado del organismo inyectado con NP. Por ejemplo, la circulación de partículas podría variar significativamente entre ratones de diferentes cepas genéticas. Notablemente, esta diferencia fue evidente solo para partículas pequeñas de 50 nanómetros, pero no para nanoagentes más grandes. Además, si el animal tuviera un tumor grande, los NP pequeños se eliminaron de la sangre más rápidamente; cuanto más grande era el tumor canceroso, menos tiempo tomó el aclaramiento de sangre.

Los investigadores asumen que esto puede estar relacionado con cambios dinámicos en el sistema inmunológico y su mayor capacidad para reconocer materias extrañas en respuesta a la patología. Estos hallazgos llaman la atención sobre la importancia de considerar el impacto de la condición del organismo en la efectividad de las nanopartículas en el diseño de nanofármacos óptimos, un aspecto que tradicionalmente se ha ignorado.

"Esta es la primera vez que se lleva a cabo un estudio tan completo de NP con una tasa de aclaramiento extremadamente alta. Habría sido imposible sin la metodología que se está desarrollando en el Instituto de Física General de RAS. La técnica MPQ combina alta sensibilidad, alta resolución de tiempo, y precisión cuantitativa. Aparte de eso, no es invasivo y permite la detección de contenido NP casi en tiempo real, "dijo Petr Nikitin, coautor del estudio y director del Laboratorio de Biofotónica del Instituto de Física General de RAS.

"Nuestro método nos permitió detectar nuevos patrones de circulación y obtener una gran cantidad de información valiosa. Por ejemplo, Hemos descubierto que los animales tenían diferentes dinámicas de partículas dependiendo de su estado inmunológico, presencia de tumores, etc. Mientras tanto, la metodología avanzada requirió muchos menos animales para el estudio. Esto es esencial no solo en términos de tiempo y finanzas, sino también la ética del tratamiento de los animales de acuerdo con el principio de las 3R (Reemplazo, Reducción y Refinamiento). Suponemos que una comprensión más profunda de los mecanismos subyacentes puede facilitar considerablemente el diseño racional de nanomateriales con funcionalidad de superficie avanzada y farmacocinética superior para el diagnóstico y la terapéutica de la próxima generación ".