Los ‘nanonadadores’ que transportan drogas pueden evadir las defensas celulares del cerebro
Un equipo internacional de investigadores ha desarrollado diminutos dispositivos autopropulsados que imitan la forma en que se mueven las células. Estos «nanonadadores» cruzan la barrera hematoencefálica con alta eficiencia y podrían conducir al desarrollo de sistemas de administración de fármacos que puedan navegar a través de tejidos y órganos para identificar sitios específicos.
Los nadadores de tamaño submicrónico toman prestada una página de microbios más grandes que pueden detectar nutrientes y toxinas en su entorno y moverse hacia ellos o alejarse de ellos a través de un proceso llamado quimiotaxis. Las neuronas utilizan estos mismos mecanismos para migrar en el cerebro en desarrollo. Las células inmunitarias los usan para moverse a los sitios de infección, y las células cancerosas usan la quimiotaxis para diseminarse por todo el cuerpo.
En un estudio descrito en la última edición de Science Advances, Adrian Joseph, becario postdoctoral en el Departamento de Química de la UCL, y sus colegas sintetizaron «vehículos» a nanoescala a partir de una mezcla de diferentes lipopolímeros que se asemejan a los componentes de las membranas celulares. Estas moléculas repelen el agua en un extremo y la atraen en el otro extremo, propiedades que hacen que se autoensamblen en estructuras esféricas que pueden encapsular una gran cantidad de biomoléculas.
Tales «polimerosomas» han mostrado potencial como portadores para el suministro de fármacos y genes. Sin embargo, penetrar la barrera hematoencefálica, que evita que los microbios, las toxinas y las macromoléculas entren en el cerebro, ha demostrado ser un gran desafío. Un objetivo principal es desarrollar vesículas poliméricas autodirigidas que puedan cruzar esta barrera y llevar su carga a regiones específicas del cerebro. (Otro estudio reciente también demostró el uso de «nano nadadores», pero fueron guiados a un objetivo por un haz de luz).
Trabajando con colaboradores en China, Alemania y Suiza, los investigadores llenaron sus polimerosomas con una enzima que descompone la principal fuente de energía del cerebro, la glucosa. También sintetizaron polimersomas de tal forma que los dos tipos de lípidos estaban presentes en cantidades diferentes, lo que les daba una estructura desequilibrada.
Cuando se exponen a un gradiente de concentración de glucosa (más azúcar en un punto que en otro), los polimersomas toman moléculas de azúcar y las descomponen. Debido a su estructura asimétrica, los polimerosomas solo liberan productos de descomposición de un lado, empujándolos en la dirección opuesta. «Estas estructuras funcionan más o menos como pequeños cohetes», dijo el autor principal del estudio, Giuseppe Battaglia, ingeniero químico del University College London. «Debido a la asimetría, la glucosa entra y los subproductos se acumulan en un lado. Empuje el agua y [glucose metabolites leak] hacia afuera, empujando el polimerosoma hacia adelante. «
Para hacer su vehículo de administración molecular, los investigadores combinaron los polimersomas con una proteína llamada LRP1, que abunda en las células endoteliales que forman la pared de la barrera hematoencefálica. Cuando se agregaron al tejido extraído de la barrera hematoencefálica en ratones, estas vesículas de polímero modificado penetraron en las células endoteliales unas cuatro veces más eficientemente que otros tipos porque LRP1 se une a los componentes de la membrana de la barrera. «Usan estos mecanismos naturales para hacer vesículas [polymersomes] En movimiento, la tasa de entrega de las vesículas en el cerebro es asombrosa», dijo William Banks, profesor de medicina interna en el Sistema de Atención de la Salud VA Puget Sound de la Universidad de Washington, que no participó en el estudio. Banks agregó que estos hallazgos representan un importante paso adelante en la entrega de fármacos al cerebro.»Progreso significativo, y en el camino correcto». Battaglia dice que su grupo ahora está usando combinaciones de moléculas de la superficie celular para apuntar a tipos específicos de células cerebrales. «El gradiente de glucosa aumenta desde el interior los vasos sanguíneos al cerebro y empuja nuestras partículas a traer [blood–brain barrier]”, dijo, “y este gradiente es mucho más pronunciado alrededor de los tumores cerebrales. Él y sus colegas ahora están tratando de aprovechar esto, dijo, «para apuntar a los tumores cerebrales y administrarles medicamentos para combatir el cáncer». «
