El trabajo revela cómo las ondas sonoras pueden controlar con precisión las nanopartículas blandas, que son menos capaces que sus contrapartes duras de resistir los cambios físicos en el cuerpo mientras entregan su carga.
"Muchos medicamentos son frágiles, por lo que controlar cómo se transforman estas nanopartículas blandas con el tiempo es increíblemente importante para la administración de fármacos y otras aplicaciones médicas", afirmó Ming Guo, profesor asociado de ciencia e ingeniería de materiales.
“El uso del sonido nos brinda una manera de dirigir de forma no invasiva cuánto y con qué rapidez se deben liberar los medicamentos, proporcionando un nuevo nivel de control para atacar enfermedades y tejidos.
Guo y sus colegas informaron hoy sobre su técnica nanomecánica acústica en la revista Advanced Materials.
Las nanopartículas llenas de líquido han demostrado un gran potencial para administrar terapias, pero son más susceptibles que las nanopartículas sólidas a las fuerzas físicas y biológicas del cuerpo. Además de la liberación prematura de los medicamentos durante el parto, a los científicos también les preocupa que el cuerpo pueda eliminar las nanopartículas antes de que lleguen a su destino previsto.
Una solución podría ser modificar el material que transporta el fármaco (como el polímero, el lípido o el metal) para hacer que las nanopartículas sean más resistentes. Pero eso a menudo complica la química de la nanopartícula, lo que hace más difícil controlar cómo libera el fármaco.
Una opción más suave para controlar la dosis del fármaco es utilizar desencadenantes externos como luz, calor o ultrasonido. Pero estos métodos también suelen venir acompañados de controles complicados o imprecisos, afirmó Guo.
"Por ejemplo, la luz puede ser demasiado invasiva y provocar efectos secundarios no deseados", dijo. “Y aunque el ultrasonido tiene una resolución espacial y temporal mucho mayor, controlar con precisión los efectos mecánicos requiere una ingeniería cuidadosa de los pulsos de ultrasonido.
En su búsqueda por desarrollar una forma de manipular con precisión nanopartículas blandas mediante ultrasonido, Guo y sus colegas decidieron un proceso de dos pasos.
Primero, diseñaron nanopartículas con un núcleo de perfluorocarbono líquido rodeado por una bicapa lipídica, como una membrana celular.
El equipo descubrió que cuando las nanopartículas se colocaban en líquido y luego se pulsaban con ultrasonido, las ondas sonoras creaban pequeñas burbujas dentro de las nanopartículas. Con el tiempo, estas burbujas se expandieron y finalmente rompieron la capa lipídica y liberaron el núcleo líquido.
"La ruptura provocada acústicamente sólo ocurre cuando el tamaño y la concentración de las burbujas y su tasa de crecimiento alcanzan un cierto umbral", dijo Guo. "Y descubrimos que los parámetros de ultrasonido podrían diseñarse para manipular con precisión estos parámetros".
Como prueba de concepto, los investigadores utilizaron la técnica para administrar una carga útil fluorescente, que hacía las veces de fármaco, en las células de una placa de laboratorio. Los resultados sugirieron que el método podría usarse para controlar la administración de medicamentos dentro del cuerpo.
Para los próximos pasos, el equipo de Guo planea centrarse en cómo se podrían adaptar los parámetros acústicos para la liberación controlada de medicamentos para diferentes enfermedades y tejidos. "Un desafío clave será garantizar que estos parámetros puedan traducirse clínicamente", dijo Guo. "Estamos muy alentados por la validación in vitro inicial y eso guiará nuestro trabajo futuro".
