Los trastornos neurodegenerativos como la enfermedad de Alzheimer afectan a más de 270 millones de personas en todo el mundo. La EA es la principal causa de demencia, lo que resulta en pérdida de memoria debido a la atrofia de las neuronas en el hipocampo, que es la parte del cerebro que regula el aprendizaje y la memoria.

Las nanopartículas diseñadas para transportar medicamentos han surgido como una estrategia para tratar diferentes enfermedades, pero en el contexto de las enfermedades neurodegenerativas, gran parte de la investigación se ha centrado en desarrollar estrategias para hacer que las nanopartículas atraviesen la barrera hematoencefálica y lleguen a regiones específicas del cerebro. /P>

En un nuevo estudio, un equipo interdisciplinario de investigadores de la Universidad de Illinois Urbana-Champaign desarrolló nanopartículas que pueden unirse selectivamente a astrocitos activados y células de microglia que median la inflamación cerebral en la EA y descubrieron que tanto la EA como el envejecimiento afectan fuertemente la capacidad. de nanopartículas para cruzar la BHE y localizarse en el hipocampo.

La BHE consiste en una red de vasos sanguíneos que rodean el cerebro y que regulan estrictamente qué moléculas (incluidos los medicamentos) pueden ingresar al cerebro. La BBB dificulta que las nanopartículas que transportan medicamentos ingresen al cerebro, aunque las nanopartículas pueden evitar que las drogas sean "lavadas" o pierdan su actividad en el camino al pasar a través de la BBB. Sin embargo, las investigaciones han sugerido que la BHE se debilita con la EA y la edad.

Esto inspiró a un equipo de investigadores dirigido por Joon Kong (líder de M-CELS/EIRH/RBTE), profesor de ingeniería química y biomolecular, y Hee Jung Chung (M-CELS), profesor asociado de fisiología molecular e integrativa, a sintetizar una nanopartícula que podría aprovechar esta BHE comprometida y unirse específicamente a los astrocitos reactivos y las células de microglia en el hipocampo de los individuos afectados por la EA.

"Creo que la gente ha pasado por alto cómo cambia la permeabilidad vascular de la BHE con la patología de la EA", dijo Kong. "Pensamos, en lugar de poner péptidos o proteínas en nanopartículas que puedan ayudarlas a penetrar la BHE, como lo han hecho otros, simplemente hagamos que las nanopartículas sean lo suficientemente pequeñas como para que puedan aprovechar la BBB con fugas y diseñar estas partículas de una manera que permita permanecen en el cerebro de manera estable."

Las nanopartículas están diseñadas para unirse a CD44, una proteína de la superficie celular producida por astrocitos reactivos y células de microglia, más que por neuronas, especialmente durante la neuroinflamación, un sello distintivo de las regiones cerebrales afectadas por la EA, como el hipocampo. Según Kong, la ventaja de que las nanopartículas se unan a estas células que expresan CD44 es que se retienen durante más tiempo en el hipocampo en lugar de eliminarse rápidamente por lavado.

Los investigadores inyectaron las nanopartículas que buscan CD44 en ratones tanto mayores como más jóvenes que tenían EA o estaban sanos. Luego observaron la distribución de nanopartículas en el hipocampo durante los tratamientos.

En el hipocampo de ratones con AD, encontraron altas concentraciones de nanopartículas independientemente de la edad, aunque los ratones con AD más viejos tenían concentraciones más fuertes que los ratones con AD más jóvenes. Los investigadores dicen que esto fue predicho y demuestra además que la BHE de las personas con EA está considerablemente debilitada. Las nanopartículas no solo pudieron penetrar la BBB, sino que también quedaron retenidas durante más tiempo en el hipocampo, al menos 2 horas después de la inyección, y los datos preliminares sugieren una retención aún más prolongada.

En el cerebro de ratones jóvenes sanos no se encontraron nanopartículas, lo que significa que sus BBB estaban intactas. Sin embargo, para sorpresa del equipo, encontraron una cantidad significativa de nanopartículas en el cerebro de ratones mayores sanos, lo que sugiere que la BHE se debilita considerablemente con la edad, incluso en aquellos sin EA.

"Este hallazgo fue sorprendente porque los ratones más viejos en este estudio equivalen a una edad humana de sólo unos 60 años", dijo Chung. "Sabíamos que habría cierta fuga en la BHE con la edad, pero pensamos que habría mucha menos penetración de nanopartículas en el cerebro de lo que encontramos. Esto resalta que existe una penetración de las nanopartículas a través de la sangre que depende de la edad y de la enfermedad. BBB a regiones profundas del cerebro afectadas por la EA."

"Este estudio ofrece información valiosa para avanzar en nuestra comprensión del transporte de nanopartículas al cerebro en pacientes que envejecen y con Alzheimer", dijo Kai-Yu Huang, estudiante de posgrado en el laboratorio de Kong. "Esto nos lleva a pensar en las estrategias futuras para el desarrollo de portadores de fármacos a nanoescala dirigidos a las células cerebrales inflamadas en diferentes fases de los trastornos cerebrales relacionados con el envejecimiento".

Según los investigadores, el siguiente paso es intentar añadir fármacos candidatos a las nanopartículas y ver si podrían mejorar la cognición y la memoria en modelos de ratón con EA.

También planean medir cuánto tiempo pueden retenerse sus nanopartículas en el cerebro, lo que podría ayudar a proporcionar una administración de fármacos más prolongada y consistente a los pacientes tratados con nanopartículas en el futuro. El equipo espera que este hallazgo proporcione una guía sobre cómo diseñar portadores de fármacos en el futuro para tratar enfermedades, tanto dentro como fuera del cerebro.

"Esto se extiende más allá del cerebro porque esta tecnología puede usarse para otras enfermedades, no sólo las enfermedades cerebrales", dijo Chung. "Al modificar la fracción de la superficie de las nanopartículas, podemos apuntar directamente a diferentes órganos, dado que sabemos algo específico a lo que apuntar dentro de esos órganos. El uso de nanopartículas en medicina tiene aplicaciones amplias e innovadoras".

El artículo se publica en la revista Nano Letters. .

Más información: Gregory C. Tracy et al, Transporte intracerebral de nanopartículas facilitado por la patología y la edad de Alzheimer, Nano Letters (2023). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c03222

Información de la revista: Nanoletras

Proporcionado por la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign