Si bien la coagulación de la sangre es importante para prevenir la pérdida de sangre y para nuestra inmunidad, la coagulación también puede causar problemas de salud e incluso la muerte. Actualmente, una de cada cuatro personas en todo el mundo muere a causa de enfermedades y afecciones causadas por coágulos de sangre. Mientras tanto, los anticoagulantes utilizados para reducir los riesgos también pueden causar problemas importantes, como sangrado incontrolable.

Ahora, una nueva plataforma anticoagulante biomolecular inventada por un equipo dirigido por el investigador de UNC Charlotte, Kirill Afonin, promete ser un avance revolucionario sobre los anticoagulantes que se usan actualmente durante las cirugías y otros procedimientos. Los descubrimientos del equipo se informan en la revista Nano Letters , disponible por primera vez en línea el 5 de julio.

"Prevemos que los usos de nuestra nueva plataforma anticoagulante serían durante cirugías de derivación de la arteria coronaria, diálisis renal y una variedad de intervenciones vasculares, quirúrgicas y coronarias", dijo Afonin. "Ahora estamos investigando si existen posibles aplicaciones futuras con tratamientos contra el cáncer para prevenir la metástasis y también para abordar las necesidades de la malaria, que puede causar problemas de coagulación".

El documento comparte los resultados más recientes de tres años de colaboración entre investigadores del Laboratorio Nacional de Investigación del Cáncer de Frederick (Laboratorio de Caracterización de Nanotecnología), la Universidad de São Paulo en Brasil, la Universidad Estatal de Pensilvania y la Universidad de Ciencias de la Salud de Servicios Uniformados.

"Todo esto resultó en un esfuerzo internacional e interdisciplinario masivo para desarrollar una tecnología completamente nueva que creemos que puede revolucionar el campo y ser adoptada por otras áreas de investigación en salud", dijo Afonin.

La tecnología del equipo se convierte en fibras anticoagulantes de ARN-ADN programables que, cuando se inyectan en el torrente sanguíneo, forman estructuras modulares que se comunican con la trombina, que son las enzimas en el plasma sanguíneo que hacen que la sangre se coagule. La tecnología permite que las estructuras eviten la coagulación de la sangre según sea necesario, y luego el sistema renal las elimine rápidamente del cuerpo una vez que se realiza el trabajo.

Las estructuras de fibra utilizan aptámeros, secuencias cortas de ADN o ARN diseñadas para unirse e inactivar específicamente la trombina.

"En lugar de tener una sola molécula pequeña que desactiva la trombina", dijo Afonin, "ahora tenemos una estructura relativamente grande que tiene cientos de aptámeros en su superficie que pueden unirse a la trombina y desactivarlos. Y debido a que la estructura se vuelve más grande, circulará en el torrente sanguíneo durante mucho más tiempo que las opciones tradicionales".

La circulación extendida en el torrente sanguíneo permite una sola inyección, en lugar de múltiples dosis. El diseño también disminuye la concentración de anticoagulantes en la sangre, lo que genera menos estrés en los sistemas renal y de otro tipo del cuerpo, dijo Afonin.

Esta tecnología también introduce un mecanismo novedoso de "interruptor de emergencia". Una segunda inyección revierte la función anticoagulante de la estructura de la fibra, lo que permite que las fibras se metabolicen en materiales diminutos, inofensivos, inactivos y fácilmente excretados por el sistema renal.

Todo el proceso tiene lugar fuera de la célula, a través de la comunicación extracelular con la trombina. Los investigadores señalan que esto es importante ya que no parece que ocurran reacciones inmunológicas, según sus extensos estudios.

El equipo probó y validó la plataforma utilizando modelos informáticos, sangre humana y varios modelos animales. "Realizamos estudios de prueba de concepto utilizando sangre humana recién extraída de donantes en los EE. UU. y en Brasil para abordar una posible variabilidad entre donantes", dijo Afonin.

La tecnología puede proporcionar una base para otras aplicaciones biomédicas que requieren comunicación a través del entorno extracelular en los pacientes, dijo. "La trombina es solo una aplicación potencial", dijo. "Cualquier cosa que desee desactivar extracelularmente, sin ingresar a las células, creemos que puede hacerlo. Eso significa potencialmente que cualquier proteína de la sangre, cualquier receptor de la superficie celular, tal vez anticuerpos y toxinas, son posibles".

La técnica permite el diseño de estructuras de cualquier forma deseada, con el mecanismo del interruptor de emergencia intacto. "Al cambiar la forma, podemos hacer que entren en diferentes partes del cuerpo, por lo que podemos cambiar la distribución", dijo Afonin. "Obtiene una capa adicional de sofisticación de lo que puede hacer".

Si bien la aplicación es sofisticada, la producción de las estructuras es relativamente fácil. "La vida útil es sorprendentemente buena para estas formulaciones", dijo Afonin. "Son muy estables, por lo que puede secarlos, y anticipamos que permanecerán durante años a temperatura ambiente, lo que los hace muy accesibles para las áreas del mundo con problemas económicos".

Si bien el trabajo de los investigadores hasta el momento tiene relevancia para aplicaciones a corto plazo, como en cirugías, esperan posiblemente ampliar su investigación a situaciones de mantenimiento, como con medicamentos que toman los pacientes con afecciones cardíacas.

El potencial para salvar vidas y mejorar la atención médica es un motivador para el equipo, al igual que inventar algo nuevo, dijo Afonin. "Podemos aprender de la naturaleza, pero hemos construido algo que nunca antes se había presentado", dijo. "Entonces, desarrollamos y construimos todas estas plataformas de novo, desde cero. Y luego podemos explicar a través de nuestras plataformas lo que queremos que la naturaleza, o nuestros cuerpos, hagan y nuestros cuerpos nos entiendan".

La Oficina de Comercialización y Desarrollo de Investigación de UNC Charlotte está trabajando en estrecha colaboración con Penn State para patentar y llevar esta nueva tecnología al mercado. + Explora más

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