Los aneurismas aórticos son protuberancias en la aorta, el vaso sanguíneo más grande que transporta sangre rica en oxígeno desde el corazón al resto del cuerpo. Fumar, la presión arterial alta, la diabetes o las lesiones pueden aumentar el riesgo de aneurismas, que tienden a ocurrir con mayor frecuencia en fumadores masculinos caucásicos mayores de 65 años.
"Los tejidos blandos que forman los vasos sanguíneos actúan esencialmente como bandas elásticas, y son las fibras elásticas dentro de estos tejidos las que les permiten estirarse y retroceder", dice el profesor Anand Ramamurthi, presidente del Departamento de Bioingeniería del PC de la Universidad de Lehigh. Facultad Rossin de Ingeniería y Ciencias Aplicadas.
"Estas fibras se producen principalmente antes y justo después del nacimiento. Después de eso, no se regeneran ni se reparan naturalmente después de una lesión. Entonces, cuando se lesionan o enferman, el tejido se debilita y causa un aneurisma, que puede crecer con el tiempo. Aproximadamente entre siete y diez años, normalmente llega a la etapa de ruptura."
Durante ese período no hay tratamiento. Los pacientes son examinados periódicamente mediante imágenes para controlar la tasa de crecimiento del aneurisma. Una vez que se considera lo suficientemente grande como para romperse (un hecho que es fatal el 90 por ciento de las veces), la cirugía es la única opción. Pero es riesgoso para los pacientes de edad avanzada.
Ramamurthi y su equipo están trabajando en formas mínimamente invasivas de regenerar y reparar estas fibras elásticas utilizando nanocápsulas poliméricas o biológicas, llamadas nanopartículas, que están diseñadas para liberar nuevas terapias regenerativas. Sus técnicas innovadoras podrían permitir el tratamiento poco después de que se detecta un aneurisma y potencialmente ralentizar, revertir o incluso detener su crecimiento.
Hallazgos de su artículo más reciente, publicado en el Journal of Biomedical Materials Research Part A , se basan en su trabajo anterior y representan un paso hacia un futuro en el que la cirugía ya no es la mejor y única opción de tratamiento.
"En investigaciones anteriores, hemos identificado fármacos y agentes silenciadores de genes que en realidad pueden inducir a las células vasculares adultas enfermas a producir nuevas fibras elásticas e inhibir las enzimas que descomponen las fibras existentes", dice. "También hemos estado trabajando en cómo administrar estas terapias de manera eficiente sólo en el sitio de reparación del tejido".
El equipo también ha desarrollado un diseño de nanopartículas llamado direccionamiento activo que incorpora pequeños fragmentos de proteínas, o péptidos, en la superficie de la nanopartícula. "Estos péptidos reconocen componentes que son exclusivos del tejido del aneurisma. Así, cuando las nanopartículas se inyectan en el torrente sanguíneo, se adhieren sólo a la pared del aneurisma, donde se degradan lentamente y liberan el fármaco.
Para este artículo, afirma, los investigadores "investigaron cómo las nanopartículas realmente penetran la pared de los vasos sanguíneos para administrar el fármaco al tejido afectado".
Todos los vasos sanguíneos están revestidos con una barrera protectora hecha de células endoteliales, que pueden volverse "permeables" a medida que la inflamación por daño tisular o enfermedad rompe el endotelio y crea espacios entre las células. Estos espacios permiten que los glóbulos blancos entren e inicien el proceso de reparación del tejido, y también sirven como punto de entrada para las nanopartículas que aceleran la curación.
"Queríamos saber cómo la forma y la relación de aspecto de estas nanopartículas afectan su capacidad para cruzar la barrera de las células endoteliales", dice Ramamurthi.
Era una pregunta fundamental porque no todas las nanopartículas se crean de la misma manera y, si no pueden atravesar la barrera, no pueden reparar el tejido.
Ramamurthi y su equipo desarrollaron un nuevo modelo de cultivo celular en el que simularon enfermedades y luego examinaron los mecanismos de transporte, específicamente, cómo las nanopartículas de diferentes tipos interactuaban con las células endoteliales y se movían a través de ellas. ¿Entraron a través de espacios entre las células endoteliales (un proceso llamado extravasación) o a través de las propias células (lo que se conoce como translocación)?
"Digamos que una nanopartícula atraviesa una célula endotelial. Parte de ella podría permanecer dentro de esa célula y no salir por el otro lado, lo que significa que se pierde esa partícula y ya no es útil para el proceso de curación. El objetivo es el transporte con un mínimo retención."
El equipo descubrió que las células endoteliales enfermas absorbían selectivamente las partículas en forma de bastón, a diferencia de las partículas esféricas, con una alta relación de aspecto (es decir, largas y delgadas frente a cortas y rechonchas). "Y mostraron muy poca absorción en las células endoteliales sanas en comparación con las esferas, lo cual es bueno porque no queremos que interactúen con las paredes de los vasos sanos", afirma.
También descubrieron que las partículas alcanzaban el tejido principalmente por extravasación (o a través de los espacios celulares). "Cuanto más largos y delgados eran, era menos probable que permanecieran dentro de la capa de células endoteliales, lo que significa que estaban llegando al tejido afectado para una terapia más efectiva".
El equipo ahora integrará estos hallazgos con su trabajo sobre focalización activa (incorporación de componentes en la superficie de nanopartículas que reconocen proteínas expresadas por células enfermas) en modelos animales.
El objetivo final es desarrollar una terapia regenerativa no quirúrgica capaz de frenar el crecimiento del aneurisma. Por ejemplo, aumentar la actual etapa de crecimiento hasta ruptura de siete años a 15 años. Un resultado aún más ambicioso, afirma Ramamurthi, sería revertir ese crecimiento.
"La regresión del crecimiento del aneurisma sería el resultado preferido a largo plazo", afirma. "Eso está muy lejos, pero estamos entusiasmados porque estos hallazgos nos ayudarán a guiarnos sobre cómo diseñar nuestras nanopartículas para una entrega más eficiente a la pared del aneurisma. Es una oportunidad para acercarnos a esa realidad".
Más información: Jimmy Yau et al, Evaluación del transporte transendotelial de nanopartículas para su administración a aneurismas aórticos abdominales, Journal of Biomedical Materials Research Part A (2024). DOI:10.1002/jbm.a.37667
Proporcionado por la Universidad de Lehigh
