Si bien la raíz de cúrcuma se ha utilizado con fines medicinales en todo el mundo durante siglos, la ciencia ha descubierto que su componente químico principal, la curcumina, se descompone en el cuerpo antes de que se puedan lograr sus beneficios finales. Una emocionante colaboración entre los investigadores de la Universidad Carnegie Mellon Sai Yerneni, Phil Campbell, Burak Ozdoganlar y Ezgi Yalcintas ha creado un enfoque para permitir de manera única el uso de la curcumina como una terapia sólida.

La curcumina es un polifenol anticancerígeno, antiinflamatorio, antioxidante y antibacteriano que se encuentra en la cúrcuma. Sin embargo, su forma pura y aislada no es estable debido a su rápida degradación dentro y eliminación del cuerpo. Esto representa uno de los mayores obstáculos para su traducción como una práctica terapéutica. También sirve como motivación para que los investigadores exploren estrategias de encapsulación para proteger la curcumina dentro del cuerpo humano.

Uno de esos enfoques de encapsulación es incorporar curcumina en los exosomas. Los exosomas son vesículas extracelulares nanométricas que el cuerpo humano utiliza para la comunicación de célula a célula mediante el movimiento de proteínas, lípidos, ácidos nucleicos y metabolitos. Al colocar la curcumina en los exosomas, la sustancia química es lo suficientemente estable para viajar por todo el cuerpo y lograr su efecto terapéutico. Aunque otros investigadores han intentado usar exosomas para administrar curcumina, la mejora en la estabilidad de la curcumina fue insuficiente para su uso como tratamiento.

La albúmina, una proteína estabilizadora natural que se produce en el cuerpo humano, puede abordar este desafío. Yerneni, investigador postdoctoral en ingeniería química, y Campbell, profesor de investigación de ingeniería biomédica, han desarrollado un enfoque híbrido para aprovechar las propiedades únicas de los exosomas y la albúmina. Diseñaron un sistema híbrido de exosoma y albúmina para administrar tratamientos, incluida la curcumina.

"Los intentos anteriores de cargar curcumina en varias nanopartículas unidas a membranas lipídicas sufrieron porque la curcumina no se cargaba de manera confiable o estaba sujeta a tiempos de retención cortos, mientras que la inclusión de albúmina se une a la curcumina manteniéndola en la luz del exosoma, protegida de la degradación. —dijo Campbell—.

Aunque la asociación de albúmina-curcumina y la encapsulación de exosomas podrían proporcionar un sistema estable de administración de fármacos, la administración dirigida a los tejidos u órganos deseados sigue siendo otro desafío. Cuando se inyectan en la sangre, la mayoría de los exosomas tienden a acumularse en el hígado en lugar de llegar al órgano o tejido objetivo. Con este fin, un enfoque atractivo es entregar los exosomas que contienen curcumina-albúmina utilizando parches de matriz de microagujas para aplicaciones dirigidas a la piel.

Las matrices de microagujas (MNA) contienen decenas o cientos de agujas, cada una tan delgada como un cabello humano e invisible a simple vista. A través de un proceso de fabricación y aplicación primero, estas agujas a microescala se organizan en un formato de matriz en un parche más pequeño que un centavo. Las microagujas solubles se forman mezclando el fármaco (exosomas en este caso) con un tipo de azúcar y solidificándolos en su forma.

Cuando se insertan en el tejido, las agujas se disuelven y administran el fármaco de manera específica y precisa. Debido a su pequeño tamaño, las microagujas no dañan los tejidos. Como tales, se pueden utilizar como una forma indolora de aplicar tratamientos en la piel oa través de ella, mejorando el cumplimiento del paciente y la aplicación dirigida. En particular, los parches de microagujas pueden ser administrados por los propios pacientes sin ningún equipo o capacitación especializada.

Los investigadores encontraron otra gran ventaja en el uso de MNA. Cuando los compuestos de curcumina fortificados con exosomas se incorporaron a los MNA, el equipo descubrió que la estabilidad de estos compuestos a temperatura ambiente aumentó drásticamente. El sistema podría almacenarse hasta por un año sin necesidad de almacenamiento en frío.

"Esto es importante debido a que uno de los principales inconvenientes de las vacunas actuales es la logística del transporte que requiere almacenamiento en frío", dijo Yerneni. Explicó que esto perjudica especialmente a los países más pobres que no pueden facilitar largas cadenas de suministro de almacenamiento en frío. Yerneni es optimista de que esta tecnología puede superar esos obstáculos.

Un viaje colaborativo

Yerneni y Campbell no tuvieron que ir muy lejos para encontrar un colaborador para administrar exosomas mediante el uso de conjuntos de microagujas porque uno de los principales expertos mundiales en tecnología estaba al final del pasillo. Burak Ozdoganlar, profesor de ingeniería mecánica, había liderado los esfuerzos para desarrollar diferentes microagujas durante más de una década con el difunto Lee Weiss, profesor del Instituto de Robótica de Carnegie Mellon.

Una de las inspiraciones originales para los MNA provino de Weiss, quien conceptualizó la idea de "microvelcro" o micropúas, una serie de proyectos de titanio en forma de punta de flecha. Ozdoganlar y Weiss trabajaron juntos a mediados de la década de 2000, desarrollando métodos de fabricación para hacer realidad el "micro-velcro". Más tarde, Ozdoganlar colaboró ​​con investigadores médicos de la Universidad de Pittsburgh para demostrar la aplicación de MNA para una variedad de enfermedades y afecciones, incluido el cáncer de piel y, más recientemente, para la vacunación contra el COVID.

Yalcintas, ex Ph.D. estudiante del grupo de investigación de Ozdoganlar, trabajó en estrecha colaboración con Yerneni en el proyecto de la curcumina. "Esta fue una verdadera colaboración entre dos destacados grupos de investigación. Gracias al excelente trabajo de Ezgi y Sai, demostramos con éxito la entrega local de curcumina a la piel y su eficacia para bloquear y disminuir la inflamación", dijo Ozdoganlar. "Esto puede tener un gran impacto en el tratamiento de una variedad de afecciones de la piel y, posiblemente, varios tipos de cáncer de piel".

Publicado en Acta Biomaterialia , la investigación del equipo demuestra que el sistema híbrido exosoma/MNA es una forma efectiva de administrar curcumina a la piel. Esto permitirá a los médicos utilizar la curcumina como un tratamiento natural. El equipo ha demostrado que este es un tratamiento eficaz para reducir la inflamación local de la piel en modelos de animales pequeños, pero se necesita más investigación para explorar otras propiedades de la curcumina.

A continuación, el equipo planea realizar más experimentos utilizando modelos animales específicos de enfermedades para demostrar que los beneficios de la curcumina se pueden obtener utilizando un sistema de administración de exosomas-albúmina y matrices de microagujas.

"Cargamos con éxito el sistema de administración de exosomas y albúmina con curcumina", dijo Yerneni. "Esta tecnología se está ampliando para administrar otros medicamentos y controlar potencialmente otras enfermedades de la piel como el cáncer (melanoma), la psoriasis y las úlceras cutáneas". + Explora más

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