La inyección de drogas en el torrente sanguíneo a menudo también puede dañar los tejidos sanos. Los sistemas de administración de medicamentos (DDS) son una solución innovadora diseñada para apuntar a células específicas y minimizar dichos efectos secundarios. Una estrategia para la administración de fármacos que ha ido ganando terreno constantemente implica una combinación de microburbujas y ultrasonido.

Las microburbujas son pequeñas burbujas llenas de gas que pueden cargarse con medicamentos u otros agentes terapéuticos en su superficie. Cuando se exponen a ondas de ultrasonido, estas microburbujas comienzan a oscilar y las vibraciones resultantes liberan gradualmente el fármaco adsorbido en el lugar irradiado. Aunque este fenómeno se ha estudiado en el pasado, los experimentos cuantitativos sobre cómo las moléculas se desorben de las microburbujas tras la irradiación con ultrasonidos son escasos.

En un estudio reciente publicado el 22 de agosto de 2023 en la revista Scientific Reports , un equipo de investigación encabezado por el profesor Daisuke Koyama y la estudiante de posgrado Sra. Reina Kobayashi de la Facultad de Ciencias e Ingeniería de la Universidad de Doshisha (Japón), buscó abordar esta brecha de conocimiento.

Diseñaron una configuración experimental innovadora para analizar la desorción de un tensioactivo a partir de microburbujas individuales. Su trabajo también incluyó contribuciones de la Dra. Marie Pierre Krafft del Institut Charles Sadron (CNRS), Universidad de Estrasburgo, Francia.

"En un DDS que utiliza ultrasonido y microburbujas, se inyectan microburbujas que tienen medicamentos o genes en los vasos sanguíneos para que las burbujas puedan adsorberse en el tejido objetivo específicamente a través de reacciones antígeno-anticuerpo. Nuestro método propuesto y los resultados experimentales pueden predecir cuántas moléculas se desorben. de las burbujas a los vasos sanguíneos", explica el profesor Koyama.

El método propuesto se basa en medir el ángulo de contacto de burbujas individuales colocadas sobre una placa de vidrio utilizando una cámara de vídeo de alta velocidad. El ángulo de contacto, o el ángulo formado entre las superficies del sólido y la burbuja en su punto de contacto, está estrechamente relacionado con la tensión superficial de la burbuja.

A su vez, la tensión superficial depende de la cantidad de surfactante (moléculas de fármaco) en la superficie de la burbuja. Así, observando el ángulo de contacto de una burbuja bajo irradiación ultrasónica, es posible estimar la cantidad de moléculas desorbidas como resultado de las vibraciones inducidas.

Para probar su metodología, el equipo ideó una configuración experimental que combina una cámara de alta velocidad con un microscopio de larga distancia, una celda de ultrasonido llena de líquido, una placa de vidrio delgada y transparente y un vibrómetro láser Doppler (LDV) emparejado con un CCD. cámara.

Colocaron cuidadosamente microburbujas compuestas de gas enriquecido con fluorocarbono y un lípido llamado 1,2-dimiristoil-sn-glicero-3-fosfocolina (DMPC) sobre la placa de vidrio. Mientras que la cámara de alta velocidad proporcionó datos en tiempo real sobre el ángulo de contacto de la burbuja, las cámaras LDV y CCD permitieron a los investigadores monitorear la amplitud de las oscilaciones inducidas en la burbuja, así como su radio.

Utilizando esta configuración, los investigadores midieron las características de desorción para diferentes tamaños de burbujas y concentraciones de DMPC, lo que reveló importantes conocimientos sobre el proceso de desorción inducida por ultrasonido. En particular, descubrieron que las microburbujas en condiciones de resonancia liberan muy rápidamente cantidades significativas de moléculas adsorbidas (>50%) en el medio circundante.

También demostraron que la desorción inducida por ultrasonidos es un proceso muy rápido, que comienza casi inmediatamente después de la irradiación con ultrasonidos y cesa con la misma rapidez. Además, demostraron que la cantidad de desorción molecular inducida por la ultrasonicación depende del tamaño de la burbuja, lo que significa que las características vibratorias de las microburbujas utilizadas en los DDS son importantes para controlar la liberación del fármaco.

El método propuesto podría resultar esencial en el diseño y desarrollo de DDS que utilicen ultrasonidos y microburbujas. "Las cantidades de fármaco liberadas en los vasos sanguíneos de los pacientes se pueden estimar cuantitativamente utilizando nuestro método, lo que significa que las cantidades óptimas de microburbujas portadoras de fármacos se pueden predecir con precisión para las terapias farmacológicas vasculares", añade el profesor Koyama. Al administrar solo la cantidad requerida de medicamento en el torrente sanguíneo, los efectos secundarios se pueden mantener al mínimo, mejorando los resultados y la calidad de vida de los pacientes.

El equipo de investigación planea explorar más a fondo la liberación controlada de fármacos aclarando la relación entre la frecuencia del ultrasonido, la amplitud de la presión del sonido y la cantidad de desorción molecular en su trabajo futuro.

Más información: Reina Kobayashi et al, Estimación cuantitativa de moléculas de fosfolípidos desorbidas de la superficie de una microburbuja bajo irradiación ultrasónica, Scientific Reports (2023). DOI:10.1038/s41598-023-40823-0

Información de la revista: Informes científicos

Proporcionado por la Universidad de Doshisha