Las lesiones traumáticas son la principal causa de muerte en los EE. UU. entre las personas menores de 45 años, y dichas lesiones representan más de 3 millones de muertes por año en todo el mundo. Para reducir el número de muertes por tales lesiones, muchos investigadores están trabajando en nanopartículas inyectables que pueden ubicarse en el sitio de una lesión interna y atraer células que ayudan a detener el sangrado hasta que el paciente pueda llegar a un hospital para recibir tratamiento adicional.

Si bien algunas de estas partículas se han mostrado prometedoras en estudios con animales, ninguna se ha probado todavía en pacientes humanos. Una de las razones es la falta de información sobre el mecanismo de acción y la seguridad potencial de dichas partículas. Para arrojar más luz sobre esos factores, los ingenieros químicos del MIT ahora han realizado el primer estudio sistemático de cómo las nanopartículas de polímeros de diferentes tamaños circulan en el cuerpo e interactúan con las plaquetas, las células que promueven la coagulación de la sangre.

En un estudio con ratas, los investigadores demostraron que las partículas en un rango de tamaño intermedio, alrededor de 150 nanómetros de diámetro, eran las más efectivas para detener el sangrado. Estas partículas también tenían muchas menos probabilidades de viajar a los pulmones u otros sitios fuera del objetivo, lo que suelen hacer las partículas más grandes.

"Con los nanosistemas, siempre hay alguna acumulación en el hígado y el bazo, pero nos gustaría que se acumulara más del sistema activo en la herida que en estos sitios de filtración en el cuerpo", dice Paula Hammond, profesora del Instituto MIT. , director del Departamento de Ingeniería Química y miembro del Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer del MIT.

Hammond; Bradley Olsen, profesor de ingeniería química Alexander e I. Michael Kasser; y George Velmahos, profesor de cirugía en la Escuela de Medicina de Harvard y jefe de traumatología, cirugía de emergencia y atención quirúrgica crítica en el Hospital General de Massachusetts, son los autores principales del estudio.

La estudiante graduada del MIT Celestine Hong es la autora principal del artículo, que aparece en la revista ACS Nano. .

Efectos de tamaño

Las nanopartículas que pueden detener el sangrado, también llamadas nanopartículas hemostáticas, se pueden fabricar de diversas formas. Una de las estrategias más utilizadas es crear nanopartículas hechas de un polímero biocompatible conjugado con una proteína o péptido que atrae a las plaquetas, las células sanguíneas que inician la coagulación de la sangre.

En este estudio, los investigadores utilizaron un polímero conocido como PEG-PLGA, conjugado con un péptido llamado GRGDS, para fabricar sus partículas. La mayoría de los estudios previos de partículas poliméricas para detener el sangrado se han centrado en partículas que varían en tamaño de 300 a 500 nanómetros. Sin embargo, pocos estudios, si es que hay alguno, han analizado sistemáticamente cómo el tamaño afecta la función de las nanopartículas.

"Realmente estábamos tratando de ver cómo el tamaño de la nanopartícula afecta sus interacciones con la herida, que es un área que no se ha explorado antes con las nanopartículas de polímero utilizadas como hemostáticos", dice Hong.

Los estudios en animales han demostrado que las nanopartículas más grandes pueden ayudar a detener el sangrado, pero esas partículas también tienden a acumularse en los pulmones, lo que puede causar una coagulación no deseada allí. En el nuevo estudio, el equipo del MIT analizó una gama de nanopartículas, incluidas las pequeñas (menos de 100 nanómetros), intermedias (140 a 220 nanómetros) y grandes (500 a 650 nanómetros).

Primero, analizaron las partículas en el laboratorio para estudiar cómo interactúan con las plaquetas activas en una variedad de condiciones. Una de sus pruebas midió qué tan bien se unían las partículas a las plaquetas a medida que las plaquetas fluían a través de un tubo. En esta prueba, las nanopartículas más pequeñas dieron como resultado el mayor porcentaje de plaquetas unidas. En otra prueba, midieron qué tan bien podían adherirse las nanopartículas a una superficie recubierta de plaquetas. En este escenario, las nanopartículas más grandes se pegaron mejor.

Luego, los investigadores hicieron una pregunta ligeramente diferente y analizaron qué parte de la masa adherida a la superficie eran nanopartículas y cuánto plaquetas, porque el objetivo final es atraer la mayor cantidad posible de plaquetas. Usando ese punto de referencia, encontraron que las partículas intermedias eran las más efectivas.

"Si atraes un montón de nanopartículas y terminan bloqueando la unión de las plaquetas porque se agrupan entre sí, eso no es muy útil. Queremos que entren las plaquetas", dice Hong. "Cuando hicimos ese experimento, descubrimos que el tamaño de partícula intermedio era el que terminaba con el mayor contenido de plaquetas".

Deteniendo el sangrado

Luego, los investigadores probaron las tres clases de tamaño de nanopartículas en ratones. Primero, inyectaron las partículas en ratones sanos para estudiar cuánto tiempo circularían en el cuerpo y dónde se acumularían. Descubrieron que, como se vio en estudios anteriores, las partículas más grandes tenían más probabilidades de acumularse en los pulmones u otros sitios fuera del objetivo, y su tiempo de circulación era más corto.

Trabajando con sus colaboradores en MGH, los investigadores luego usaron un modelo de rata de lesión interna para estudiar qué partículas serían más efectivas para detener el sangrado. Descubrieron que las partículas de tamaño intermedio parecían funcionar mejor y que esas partículas también mostraban la mayor tasa de acumulación en el sitio de la herida.

"Este estudio sugiere que las nanopartículas más grandes no son necesariamente el sistema en el que queremos centrarnos, y creo que eso no quedó claro en el trabajo anterior. Ser capaz de centrar nuestra atención en este rango de tamaño mediano puede abrir algunas puertas nuevas. ", dice Hammond.

Los investigadores ahora esperan probar estas partículas de tamaño intermedio en modelos animales más grandes para obtener más información sobre su seguridad y las dosis más efectivas. Esperan que eventualmente, dichas partículas puedan usarse como primera línea de tratamiento para detener el sangrado de lesiones traumáticas durante el tiempo suficiente para que un paciente llegue al hospital.

"Estas partículas están destinadas a abordar las muertes prevenibles. No son una panacea para el sangrado interno, pero están destinadas a darle a la persona unas horas adicionales hasta que pueda llegar a un hospital donde pueda recibir el tratamiento adecuado". Hong dice. + Explora más

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Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre investigación, innovación y enseñanza del MIT.