Las quimioterapias estándar pueden matar de manera eficiente las células cancerosas, pero también presentan riesgos significativos para las células sanas, lo que da como resultado una enfermedad secundaria y una calidad de vida disminuida para los pacientes. Para prevenir el daño previamente inevitable, los investigadores, dirigidos por Penn State, han desarrollado una nueva clase de nanomateriales diseñados para capturar los medicamentos de quimioterapia antes de que interactúen con el tejido sano.

"Para reducir los efectos secundarios de los medicamentos contra el cáncer durante y después de la quimioterapia localizada, es necesario eliminar su circulación sistémica", dijo el investigador principal Amir Sheikhi, profesor asistente de ingeniería química e ingeniería biomédica en Penn State. "Las plataformas disponibles y propuestas para eliminar los fármacos no deseados, principalmente el fármaco de quimioterapia doxorrubicina (DOX), de la sangre son extremadamente ineficaces y no logran eliminar una cantidad suficiente del fármaco para evitar daños. Hemos desarrollado un enfoque altamente eficiente que captura el DOX a una capacidad más un 3200 % más que otras plataformas, como los materiales basados ​​en ADN".

El método, ahora disponible en línea antes de la edición de marzo de Materials Today Chemistry , se basa en nanocristales de celulosa vellosos:nanopartículas desarrolladas a partir del componente principal de las paredes celulares de las plantas y diseñadas para tener una inmensa cantidad de "pelos" de cadenas de polímeros que se extienden desde cada extremo. Estos cabellos aumentan la capacidad potencial de captura de fármacos de los nanocristales significativamente más allá de las nanopartículas convencionales y las resinas de intercambio iónico, según Sheikhi.

"Hasta donde sabemos, actualmente no existe un sistema de captura de fármacos de gran capacidad basado en nanopartículas", dijo Sheikhi, y señaló que el desarrollo de dicho sistema podría tener un impacto significativo en los planes de tratamiento del cáncer. "Para algunos órganos, como el hígado, la quimioterapia se puede administrar localmente a través de catéteres. Si pudiéramos colocar un dispositivo basado en nanocristales para capturar el exceso de medicamentos que salen de la vena cava inferior del hígado, un vaso sanguíneo importante, los médicos podrían potencialmente administrar dosis más altas de quimioterapia para matar el cáncer más rápidamente sin preocuparse por dañar las células sanas. Una vez que finaliza el tratamiento, el dispositivo podría retirarse".

Para producir los nanocristales de celulosa vellosos capaces de capturar medicamentos de quimioterapia, los investigadores trataron químicamente las fibras de celulosa que se encuentran en la pulpa de madera blanda e impartieron una carga negativa a los cabellos, haciéndolos estables frente a la composición iónica de la sangre. Según Sheikhi, esto corrige una falla de las nanopartículas convencionales, cuya carga puede volverse inerte o reducirse cuando se exponen a la sangre, lo que limita a un número insignificante la cantidad de moléculas de fármaco cargadas positivamente con las que puede unirse.

La eficacia de unión de los nanocristales se probó en suero humano, la porción de sangre rica en proteínas que no contiene glóbulos rojos o blancos ni plaquetas. Por cada gramo de nanocristales de celulosa vellosos, se eliminaron efectivamente del suero más de 6000 miligramos de DOX.

"Los nanocristales peludos nos permitieron superar el límite en al menos dos o tres órdenes de magnitud en comparación con otras plataformas disponibles", dijo Sheikhi.

Los investigadores también encontraron que los nanocristales no tenían efectos nocivos sobre los glóbulos rojos en la sangre entera o sobre el crecimiento celular en las células endoteliales de la vena umbilical humana.

"Descubrimos que los nanocristales de celulosa peluda se unen a fármacos cargados positivamente en el suero humano y capturan DOX inmediatamente, y lo hacen sin imponer ningún efecto citotóxico o hemolítico", dijo Sheikhi. "Prevemos que esta nanopartícula eficaz y no tóxica podría ser un componente básico para la próxima generación de dispositivos para capturar el exceso de drogas y eliminar las moléculas no deseadas del cuerpo, como los psicodélicos y las toxinas".

Según Sheikhi, el uso de nanocristales de celulosa vellosos tiene implicaciones de gran alcance más allá del cuerpo. Su equipo diseñó recientemente nanocristales capaces de unirse selectivamente al neodimio, un elemento de tierras raras, para rescatar material valioso de los desechos electrónicos.

"Estamos entusiasmados de presentar un nuevo material con una capacidad tan alta para separar una variedad de elementos, que con suerte abrirá nuevas oportunidades para una amplia gama de aplicaciones", dijo Sheikhi.

Sheikhi comenzó este trabajo como becaria postdoctoral en la Universidad de California, Los Ángeles, en el laboratorio de Ali Khademhosseini, ahora director ejecutivo del Instituto Terasaki para la Innovación Biomédica. Otros colaboradores de Penn State incluyen a Joy Muthami y Patricia Wamea, ambas recién graduadas de maestría en ciencias en ingeniería química; y Mica Pitcher, estudiante de doctorado en química. Los colaboradores de UCLA incluyen a Sarah A.E. Young, Peter Antovski, Robert Denis Murphy, Andrew Schmidt, Samuel Clark y, para una parte de la investigación, Reihaneh Haghniaz. Haghniaz ahora está afiliado al Instituto Terasaki para la Innovación Biomédica. + Explora más

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