Un equipo de doctores de la Universidad de Gotemburgo, optó por cultivar un vaso sanguíneo para una niña sueca de diez años de edad que tenía una obstrucción en una vena de su hígado.
En vez de realizar un transplante de hígado o utilizar una vena de su propio cuerpo, el equipo tomó un segmento de vena de 9 centímetros de un hombre muerto y despojaron todas las células vivas de ella, con lo cual únicamente quedó una estructura de proteínas. Más tarde reconstruyeron la vena usando células de la propia médula ósea de la niña. Dos semanas después, el nuevo injerto fue implantado en el cuerpo de la pequeña.
Mediante el uso de células madre del cuerpo de la paciente, los doctores fueron capaces de evitar el rechazo del órgano por el cuerpo, que suele ocurrir con cierta frecuencia después de los transplantes.
Este procedimiento convirtió a la niña en la primera persona del mundo en obtener el reemplazo de un vaso sanguíneo mayor, por otro cultivado a partir de sus propias células madres.
Con la tecnología de los últimos años, enfocada en gran parte al mercado de los dispositivos móviles a los que cada vez más personas tienen acceso, se ha discutido mucho sobre los riesgos potenciales a la salud que representa la radiación de los teléfonos celulares.
El presidente de la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC), Julius Genachowski, busca poner en marcha una investigación formal sobre los estándares de radiación de dispositivos móviles, ya que desde el año 1996, la comisión no ha actualizado sus directrices respecto a los niveles máximos de radiación aceptados en este tipo de dispositivos, siendo que deberían ser revisadas periódicamente dada la rapidez con la que esta industria evoluciona.
La preocupación reside en que, a pesar de que aún no se ha definido si la radiación de teléfonos celulares representa un peligro real, la Organización Mundial de la Salud lo ha considerado como un posible agente cancerígeno, y sin duda es de importancia que se llegue a un consenso general sobre cuáles podrían ser los niveles aceptables.
Ya que durante todo el día llevamos el teléfono en el bolsillo, acercándolo constantemente a nuestro oído y otras áreas del cuerpo adyacentes a órganos sensibles, no estaría de más asegurarse de que los usuarios no se estén exponiendo a dosis de radiación que pudieran causarles cáncer.
Científicos japoneses del Centro de Biología del Desarrollo, de la ciudad de Kobe, en trabajo conjunto con los especialistas en química de Sumitomo Chemical, desarrollaron por primera vez una tecnología para el cultivo de tejidos de múltiples capas de la retina humana, a partir de células madre embrionarias.
Dicha tecnología permite de manera rápida la obtención de tales tejidos y su almacenamiento mediante congelación.
Sin embargo los científicos reconocen que aún falta tiempo para llevar a la aplicación práctica los tejidos cultivados, porque aún no logran solucionar como conectar la retina cultivada con el nervio óptico.
Estudios recientes sugieren que nuestro ADN sufre cambios químicos sumamente sutiles conforme pasan los años, lo cual se contrapone a declaraciones anteriores que afirmaban que, desde un punto de vista genético, nosotros no cambiamos sino sólo nuestro cuerpo.
Ahora, mediante la comparación del ADN de un bebé recién nacido con el de una persona centenaria se ha demostrado que el alcance de estos cambios pueden ser dramáticos, y dichos cambios podrían ayudar a explicar por qué el riesgo de padecer cáncer y otras enfermedades incrementa a medida que envejecemos.
El ADN está formado de cuatro componentes básicos (adenina, timina, guanina y citosina), y la secuencia de estos nucleótidos en un gen determina qué proteína forma. Los genes pueden ser activados y desactivados según se necesite, y la regulación de los genes frecuentemente implica algo que se denomina mecanismos epigenéticos, en los cuales se realizan alteraciones químicas en el ADN. Uno de los cambios epigenéticos más comunes involucra a un grupo metilo (un átomo de carbono y tres átomos de hidrógeno) unido a un nucleótido, usualmente citosina. En general esta unión, llamada metilación, desactiva el gen en cuestión.
Las recientes investigaciones sugieren que los cambios en los patrones de metilación del ADN conforme una persona envejece pueden contribuir a las enfermedades humanas cuyo riesgo incrementa con la edad, incluyendo el cáncer. Un equipo dirigido por el investigador de epigenética Manel Esteller, en el Instituto de Investigación Biomédica de Bellvitge (IDIBELL) en Barcelona, España, optó por analizar los dos extremos, un bebé varón recien nacido y un hombre de 103 años de edad, para así tener una idea más clara de cómo los patrones de metilación cambian con el paso del tiempo.
El estudio consistió en extraer ADN de células blancas tomadas de la sangre del hombre anciano y de la obtenida del cordón umbilical del bebé para determinar sus patrones de metilación mediante una técnica bastante nueva llamada secuenciación por bisulfito del genoma completo (WGBS). Se encontró que en el recién nacido la cantidad de metilación de la citosina (80.5%) era significativamente mayor que en el anciano (73%), y en un caso intermedio en que el equipo analizó el ADN de un hombre de 26 años de edad, el nivel de metilación resultó ser también intermedio (78%).
El equipo se enfocó en comparar regiones del genoma donde las secuencias de nucleótidos del ADN eran idénticas, por lo cual sólo las diferencias epigenéticas destacarían. Así, se identificaron cerca de 18,000 de las llamadas regiones de metilación diferencial (DMRs) del genoma. Más de un tercio de las DMR ocurrieron en genes que ya han sido relacionados con el riesgo de cáncer.
Además se analizaron los patrones de metilación de otros 19 recién nacidos y 19 personas de entre 89 y 100 años de edad, con lo cual se confirmaron los resultados de que las personas mayores tienen menores niveles de metilacion de citosina que los recién nacidos.
Esteller dice que en el hombre centenario, la pérdida de grupos de metilo (que vuelven a activar los genes) ocurre en genes que incrementan el riesgo de infección y diabetes cuando son activados en la edad adulta. En contraste, el pequeño número de genes en el centenario que tuvo mayores niveles de metilación fueron a menudo aquellos que necesitaban mantenerse activados para proteger contra el cáncer.
Según Martin Widschwendter, un oncólogo en el University College de Londres en el Reino Unido, este nuevo trabajo es el primero en comparar los patrones de metilación del ADN de todo lo ancho del genoma.
Una nanopartícula de ácido nucleico posee menos riesgo de efectos secundarios y ofrece mejor precisión al apuntarla.
Anne Trafton, MIT News Office. Original (en inglés).
Investigadores crearon está nano partícula con ADN y ARN para apagar genes en células cancerosas. Image: Hyukjin Lee and Ung Hee Lee
Usando una técnica conocida como “origami de ácido nucleico”, ingenieros químicos han construido pequeñas partículas hechas de ADN y ARN que pueden entregar trozos de ARN directamente a los tumores, apagando genes expresados en células de cáncer.
Para alcanzar este tipo de apagado de genes, conocido como interferencia ARN, mucho investigadores han tratado – con algo de éxito – de entregar ARN con partículas hechas de polímeros o lípidos. Sin embargo, esos materiales pueden poseer riesgos de seguridad y son difíciles de apuntar, dice Daniel Anderson, un profesor asociado de ciencias de la salud y tecnología e ingeniería química, y un miembro del Instituto David H. Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer en el MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts).
Las nuevas partículas, desarrolladas por investigadores en el MIT, Alnylam Pharmaceuticals y la Escuela de Medicina de Harvard, parecen vencer aquellos desafíos, dice Anderson. Debido a que las partículas están hechas de ADN y ARN, son biodegradables y no poseen amenaza para el cuerpo. Pueden ser etiquetadas con moléculas de folato (la vitamina B9 o ácido fólico producida de manera natural por el cuerpo) para apuntar a la abundancia de receptores de folato encontrada en algunos tumores, incluyendo aquellos asociados con el cáncer de ovarios – uno de los cánceres más mortales y difíciles de tratar.
Anderson es autor principal de un artículo sobre las partículas que apareció en la edición del 3 de junio en Nature Nanotechnology. El autor líder del artículo es el antiguo posdoctorado del MIT Hyukjin Lee, ahora un profesor asistente en la Universidad de Mujeres Ewha en Seul, Corea del Sur.
Perturbación de genes
La interferencia ARN (RNAi por sus siglas en inglés), un fenómeno natural que las células usan para controlar su expresión genética, ha intrigado a los investigadores desde su descubrimiento en 1998. La información genética es normalmente cargada desde el ADN en el núcleo a ribosomas, estructuras celulares donde las proteínas son creadas. ARN interferente corto (siRNA por sus siglas en inglés de short interfering RNA), perturba este proceso al pegarse a las moléculas mensajeras ARN que cargan las instrucciones del ADN, destruyéndolas antes de que alcancen el ribosoma.
Nanopartículas que entregan siRNA hechas de lípidos, las que el laboratorio de Anderson y Alnylam también están desarrollando, han mostrado algo de éxito en apagar los genes del cáncer en estudios animales, y pruebas clínicas están ahora siendo llevadas a cabo en pacientes con cáncer de hígado. Las nanopartículas tienden a acumularse en el hígado, el bazo y los pulmones, así que el cáncer de hígado es un objetivo natural – pero ha sido difícil apuntar dichas partículas a tumores en otros órganos.
“Cuando piensas de cáncer metástatico, no quieres detenerte en el hígado”, dice Anderson. “También quieres llegar a más sitios diversos”.
Otro obstáculo para llenar la promesa del RNAi ha sido encontrar maneras de entregar las hebras cortas de ARN sin lastimar los tejidos saludables del cuerpo. Para evitar esos posibles efectos secundarios, Anderson y sus colegas decidieron entregar el ARN en un simple paquete hecho de ADN. Usando origami de ácido nucleico – que permite a los investigadores construir formas tridimensionales de segmentos cortos de ADN – fusionaron seis hebras de ADN para crear un tetraedro (una pirámide de seis bordes y cuatro caras). Una sola hebra de ARN fue entonces fijada a cada borde del tetraedro.
“Lo que es particularmente emocionante sobre el origami de ácido nucleico es el hecho de que puedes hacer partículas idénticas molecularmente y definir la localización de cada átomo”, dice Anderson.
Para apuntar las partículas a las células de tumor, los investigadores pegaron tres moléculas de folato a cada tetraedro. Los fragmentos de proteína cortos también podrían ser usados para apuntar las partículas a una variedad de tumores.
Usando origami de ácido nucleico, los investigadores tienen mucho más control sobre la composición de las partículas, volviendo más fácil crear partículas idénticas que todas busquen el mismo objetivo. Esto no es usualmente el caso con las nanopartículas de lípidos, dice Vinod Labhasetwar, un profesor de ingeniería biomédica en el Instituto de Investigación Lerner en la Clínica Cleveland. “Con partículas de lípidos, no estás seguro de qué fracción de las partículas realmente están llegando a los tejidos objetivo”, dice Labhasetwar, quien no estuvo involucrado en este estudio.
Circular y acumularse
En estudios de ratones implantados con tumores humanos, los investigadores encontraron que una vez inyectadas, las nanopartículas de ácido nucleico circularon en el torrente sanguíneo con una vida media de 24 minutos – el suficiente tiempo para alcanzar sus objetivos. El tetraedron de ADN parece proteger el ARN de la rápida absorción por los riñones y su excreción, lo que usualmente ocurre cuando el ARN es administrado por sí mismo, dice Anderson.
“Si tomas un ARN interferente corto y lo inyectas en el torrente sanguíneo, típicamente está fuera en seis minutos. Si haces una nanopartícula más grande usando métodos de origami, incrementa su habilidad para evitar la excreción a través de los riñones, incrementando por lo tanto su tiempo circulando por el corriente sanguíneo”, dice.
Los investigadores también mostraron que las nanopartículas de ácido nucleico se acumularon en los sitios del tumor. El ARN entregado por las partículas fue diseñado para apuntar a un gen por luciferasa (una enzima utilizada en bioluminiscencia), el cual fue agregado a las células del tumor para hacerlas brillar. Encontraron que en ratones tratados, la actividad de la luciferasa cayó más de la mitad.
El equipo diseña ahora nanopartículas para apuntar a genes que promueven el crecimiento del tumor, y también trabaja en apagar genes involucrados en otras enfermedades genéticas.
La investigación fue patrocinada por el Instituto Nacional de Salud (National Institutes of Health) de los Estados Unidos, el Centro para la Excelencia de la Nanotecnología del Cáncer (Cancer Nanotechnology Excellence), Alnylam Pharmaceuticals y la Fundación Nacional de Investigación de Corea.
“La guerra contra las drogas tiene un nuevo frente, y por ahora parece ser que va perdiendo”, informa Brandon Keim en una publicación reciente.
Las imitaciones sintéticas de marihuana, drogas disociativas y estimulantes se están volviendo populares y difíciles de controlar. Cada vez que un compuesto es prohibido, químicos extranjeros sintetizan una nueva versión ajustada sólo lo suficiente para evadir una carta de ley.
Los fabricantes se encargan rápidamente de todo esto. De una semana a otra se realizan cambios minúsculos en la estructura química de un compuesto X, de lo cual resulta un compuesto similar, pero diferente.
En los últimos años el mercado de los euforizantes legales se ha disparado en Europa y Norteamérica. Los nombres y sus aparentes propósitos son casi cómicos — incienso “Sombrerero Loco” (Mad Hatter) de Cloud 9, popurrí “Materia Zombie Ultra” (Zombie Matter Ultra), sales de baño “Ola de Marfil” (Ivory Wave), y limpiador de tuberías “Crystal Clean” — pero la química subyacente es altamente sofisticada.
Los ingredientes activos en este tipo de drogas son compuestos, originalmente sintetizados por respetables investigadores institucionales, cuyas publicaciones científicas esotéricas fueron minadas por químicos y neurocientíficos aún no identificados que trabajan en Asia, de donde parecen provenir la mayoría de las nuevas drogas.
Mientras que algunas personas desconfían de las afirmaciones de que los euforizantes legales son peligrosos, los investigadores dicen que de hecho son mucho más potentes que los originales.
Los reportes de episodios psicóticos tras el uso de drogas sintéticas son comunes y han dado lugar a una serie de controles en ciudades de Estados Unidos, estados y el gobierno federal, que sin embargo, no están dando resultado, ya que un 95% de los productos han contenido compuestos que no están cubiertos por la ley. Estos habían sido sutilmente ajustados con el fin de tener una forma molecular diferente y legal mientras que desempeñaran el mismo rol psicofarmacéutico.
Diagrama que muestra algunos posibles derivados de la metcatinona, un estimulante ilegal. Las diferencias estructurales están en rojo. Imagen: Kevin Shanks
Brandon comenta que una solución alternativa obvia sería prohibir clases enteras de compuestos similares en vez de centrarse en fórmulas individuales.
No obstante, el toxicólogo forense Kevin Shanks de AIT Laboratories y miembro del Comité Asesor sobre Análogos de Sustancias Controladas, dice que es más fácil decirlo que hacerlo, pues afirma que el problema reside en que la comunidad científica no concuerda en lo que ‘análogo’ significa esencialmente.
Un simple enfriador podría ayudar a pacientes en la batalla contra la tuberculosis resistente a los antibióticos.
David L. Chandler, MIT News Office. Original (en inglés).
La tuberculosis, ahora controlada en el mundo industrializado, sigue siendo un asesino persistente en la mayoría de África, así como en partes de Asia y Sudamérica. La propagación de las cepas de tuberculosis resistentes a múltiples drogas ha alentado el progreso contra la devastadora enfermedad, que se estima que afecta a más de 10 millones de personas anualmente. Ahora un enfriador de bebidas modificado, desarrollado por investigadores en el D-Lab del MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts), podrían hacer mella en el impacto de la enfermedad.
Estos son los dos principales problemas que los médicos confrontan tratando de hacer frente a las cepas de tuberculosis resistente a las drogas en países en desarrollo. Primero, las drogas usadas para tratar la enfermedad, que requieren varias dosis por día en el curso de 18 meses, deben mantenerse a una temperatura baja controlada – en lugares donde la disponibilidad de la electricidad es escasa y poco confiable. Y segundo, las drogas deben tomarse regularmente, requiriendo un monitoreo continuo por los trabajadores del cuidado de la salud.
Ambos problemas podrían ser abordados potencialmente por el enfriador desarrollado por investigadores en el Laboratorio Pequeños Dispositivos (Little Devices Lab), un equipo de investigadores dentro del D-Lab quienes trabajan para desarrollar soluciones de bajo costo a necesidades médicas urgentes.
D-Lab es un programa de clases, talleres y laboratorios en el MIT, lanzado hace una década por el profesor principal Amy Smith. El programa incluye ahora 13 clases sobre temas de salud, movilidad y energía, y está dedicado a desarrollar soluciones apropiadas a problemas que enfrenta la gente de bajos recursos y comunidades alrededor del mundo.
Ingenieros prueban CoolComply en Etiopía. Photo: MIT D-Lab
José Gómez-Márquez, el instructor de D-Lab que tiene a cargo el grupo Little Device (pequeño dispositivo), dice que el enfriador con el tamaño de una caja de pan del equipo fue adaptado a partir de uno diseñado para mantener bebidas frías. Llamado “CoolComply”, puede funcionar conectado a la red eléctrica o por medio de celdas solares, y contiene circuitos para mantener la temperatura dentro y transmitir una alarma si se eleva demasiado alto. (Las temperaturas más altas pueden provocar que el gas sea liberado dentro de los paquetes de medicina, lo que puede hacer que los pacientes se enfermen violentamente).
Adicionalmente, para rastrear el cumplimiento, cada enfriador graba la fecha exacta y el tiempo en el que la caja es abierta, lo que permite que un solo paquete de dosis sea dispensado. Un transmisor telefónico celular integrado envía información sobre la temperatura y la actividad del enfriador a un centro de salud donde los datos pueden ser almacenados y monitoreados.
El equipo de CoolComply ganó un premio de $100,000 dólares el otoño pasado como un Proyecto de Innovación Inalámbrica de la Fundación Vodafone America, así como una beca de $50,000 dólares de Harvard Catalyst. Los premios sustentarán este proyecto a través del desarrollo inicial y pruebas.
La idea se originó con Kristian Olson y Aya Caldwell, físico en el Hospital General de Massachusetts en Boston, quien le dijo a Gómez-Márquez sobre la urgente necesidad de mantener frías las medicinas contra la tuberculosis y verificar el cumplimiento de los pacientes con el régimen de dosis.
Por el momento, debido a que muchos de los pacientes entrando al tratamiento no tienen acceso a refrigeradores, en su lugar se les proveen enfriadores que requieren entregas diarias de hielo; su cumplimiento con el régimen de dosis es revisado regularmente por trabajadores de la salud que visitan. Esas restricciones limitan severamente el número de pacientes que pueden ser tratados, dice Gómez-Márquez. Las entregas diarias de hielo cuestan $600 dólares al año – alrededor del doble del costo del sistema CoolComply – y el “hielo no te envía un mensaje” para mostrar que la medicina ha sido tomada, dice.
A partir de septiembre pasado, tres dispositivos prototipo han entrado en pruebas de campo en Addis Ababa, Etiopía; este verano el equipo del D-Lab espera desplegar al menos 10 más ahí para más pruebas. Al final, el equipo espera que los dispositivos puedan ser producidos localmente y distribuidos por una pequeña compañía de bajo impacto preparada para este propósito, promoviendo una mejor salud y la creación de trabajos locales.
El sistema de reportes inalámbrico en el dispositivo CoolComply “resuelve el problema de tener que visitar al paciente cada día”, dice Gómez-Márquez. Pero llegar a ese punto no fue fácil: Los primeros prototipos construidos el verano pasado por el equipo – que también incluye a los instructores del D-Lab Anna Young y Amit Ghandi – trabajaron perfectamente en los Estados Unidos, pero tan pronto como llegaron a Addis Ababa para sus pruebas de campo, “ninguno funcionó”, dice Gómez-Márquez, debido a las señales no confiables del sistema de telefonía celular local. “Tuvimos que volver a la mesa de dibujo”, dice. “Estábamos desesperados”.
Un problema, dice Ghandi, fue el diseño de la antena del enfriador. “No podías decir que estaba mal al verla”, dice, “pero no trabajaría en ciertas partes de Etiopía”. Finalmente, después de cambiar a un tipo diferente de antena y desarrollar algunos trucos para lidiar con fallas inesperadas en el sistema (como la falta de un tiempo en los mensajes de texto de Etiopía), pudieron obtener un dispositivo confiable funcional.
Eso es parte del curso para dichos proyectos, dice Gómez-Márquez. “Quieres, durante el primer viaje, que muchas cosas salgan mal”, dice. “Eso es por lo que vas allá”. La clave para este proyecto fue incluir usuarios locales para tratar un nuevo sistema bajo condiciones en el mundo real. “Encontramos ingenieros increíbles” en el Instituto de Tecnología de Addis Ababa, dice, quienes “realizaron una enorme cantidad de trabajo” para ayudar a tener el sistema funcionando.
Estos ingenieros locales, de hecho, estuvieron complacidos de tener oportunidad de trabajar en dicho proyecto, el que pudieron ver que era algo que podría ser construido y mantenido dentro del país. Young dice que uno de ellos le dijo, observando una cara máquina de Resonancia Magnética (MRI) en el hospital local, “Nadie que conozco llegará alguna vez a usar esto”. En contraste, dijo del nuevo enfriador, “Esto es algo que puedo ver siendo usado por gente que conozco”.
Científicos argentinos de la Universidad Nacional de Quilmes descubrieron que la droga Sildenafil (conocida como viagra) sirve para reducir los síntomas del “jet lag” (descompensación horaria que pueden padecer las personas después de viajar durante muchas horas en avión).
Aseguran los investigadores que el Sildanefil evita que la enzima conocida como fosfodiesterasa desactive la mólecula Guanosín monofosfato cíclico (GMPc) que permite la sincronización del reloj biológico de las personas.
Además sostienen estos científicos que el uso del Seldenafil, no tiene efecto en otros órganos, porque las dosis usadas son menores que las indicadas para el tratamiento de la disfunción eréctil.
Las personas que toman de 4 a 6 tazas de café al día, son menos propensas a padecer diferentes tipos de enfermedades y por lo tanto su expectativa de vida es mayor.
Durante 13 años, 400 mil personas de entre 50 y 70 años de edad estuvieron bajo observación por científicos estadounidenses y no se encontró relación alguna entre bebedores de café y las enfermedades oncológicas.
Los efectos positivos de tomar café es igual en hombres y mujeres independientemente de su peso y estilo de vida. Consumir el café negro es más benéfico, ya que la crema y el azúcar pueden tener un efecto negativo en el organismo.
El efecto positivo del café se debe a que contiene múltiples nutrientes y antioxidantes flavonoides entre su compuesto. Estudios recientes han demostrado que el consumo de cafeína en dosis razonables mejora el sistema cardiovascular y nervioso.
Durante las últimas décadas, los científicos han enfrentado desafíos en el desarrollo de nuevos antibióticos conforme las bacterias se vuelven más resistentes a las drogas existentes. Una estrategia que podría combatir dicha resistencia sería abrumar las defensas bacteriales usando nanopartículas altamente dirigidas para entregar grandes dosis de antibióticos existentes.
En un paso hacia esa meta, investigadores en el MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts) y en el Hospital de Brigham and Women han desarrollado una nanopartícula diseñada para evadir al sistema inmune y hacer su casa en los sitios de infección, y entonces desatar un ataque de antibióticos enfocado.
Este acercamiento mitigaría los efectos secundarios de algunos antibióticos y protegería las bacterias benéficas que normalmente viven dentro de nuestros cuerpos, dice Aleks Radovic-Moreno, un estudiante graduado del MIT y autor líder de un artículo que describe las partículas en el diario ACS Nano.
El profesor del instituto Robert Langer del MIT y Omid Farokzhad, director del Laboratorio de Nanomedicina y Biomateriales en el Hospital Brigham and Women, son autores principales del artículo. Timothy Lu, un profesor asistente de ingeniería eléctrica y ciencia computacional, y los estudiantes del MIT Vlad Puscasu y Christopher Yoon también contribuyeron a la investigación.
Reglas de atracción
El equipo creó las nuevas nanopartículas de un polímero con una capa de polietilenglicol (PEG), que es usado comúnmente para la entrega de drogas porque no es tóxico y puede ayudar a las nanopartículas a viajar a través del torrente sanguíneo evadiendo detección por el sistema inmune.
Su siguiente paso fue inducir a las partículas a apuntar específicamente bacterias. Investigadores han tratado previamente de apuntar las partículas a las bacterias dándoles carga positiva, que las atrae a las paredes celulares cargadas negativamente de las bacterias. Sin embargo, el sistema inmune tiende a limpiar nanopartículas cargadas positivamente del cuerpo antes de que encuentren a las bacterias.
Para sobrepasar esto, los investigadores diseñaron nanopartículas carga-antibióticos que pueden cambiar su carga dependiendo de su entorno. Mientras que circulan en el torrente sanguíneo, las partículas tienen una ligera carga negativa. Sin embargo, cuando encuentran un sitio de infección, las partículas ganan una carga positiva, permitiéndoles pegarse a las bacterias y liberar su carga de droga.
Este cambio es provocado por el entorno ligeramente ácido que rodea a las bacterias. Los sitios de infección pueden ser ligeramente más acídos que el tejido normal del cuerpo si las bacterias que causan enfermedades se están reproduciendo rápidamente, agotando el oxígeno. La falta de oxígeno dispara un cambio en el metabolismo bacterial, llevándolas a producir ácidos orgánicos. Las células inmunes del cuerpo también contribuyen: Células llamadas neutrófilos producen ácidos conforme tratan de consumir a las bacterias.
Justo por debajo de la capa exterior de PEG, las nanopartículas contienen una capa sensible al pH hecha de largas cadenas del aminoácido histidina. Conforme el pH se reduce de 7 a 6 – representando un incremento en acidez – la molécula polihistidina tiende a ganar protones, dándole a la molécula una carga positiva.
Fuerza abrumadora
Una vez que las nanopartículas se pegan a bacterias, comienzan a liberar su carga de droga, que está incrustada en el núcleo de la partícula. En este estudio, los investigadores diseñaron las partículas para entregar vancomicina, usada para tratar infecciones resistentes a las drogas, pero las partículas podrían ser modificadas para entregar otros antibióticos o combinaciones de drogas.
Muchos antibióticos pierden su efectividad conforme la acidez aumenta, pero los investigadores encontraron que los antibióticos cargados por nanopartículas retuvieron su potencial mejor que los antibióticos tradicionales en un entorno ácido.
La versión actual de las nanopartículas liberan su carga de droga en uno o dos días. “No quieres nada más una pequeña ráfaga de droga, porque las bacterias pueden recuperarse una vez que la droga se ha ido. Quieres una liberación de droga extendida para que las bacterias sean golpeadas constantemente con altas cantidades de droga hasta que han sido erradicadas”, dice Radovic-Moreno.
Young Jik Kwon, un profesor asociado de ingeniería química y ciencia de materiales en la Universidad de California en Irvine, dice que las nuevas nanoportículas están bien diseñadas y podrían tener gran impacto potencial en tratar enfermedades infecciosas, particularmente en países en desarrollo. “La mayoría de la nanotecnología se ha enfocado en la entrega de drogas para cáncer u obtención de imágenes; no mucha gente ha mostrado interés en usar un acercamiento nanotecnológico para enfermedades infecciosas”, dice Kwon, quien no fue parte del equipo investigador.
Aunque se necesita más desarrollo, los investigadores esperan que las altas dosis liberadas por sus partículas podrían eventualmente ayudar a sobrepasar la resistencia bacterial. “Cuando las bacterias son resistentes a las drogas, no quiere decir que dejan de responder, significa que responden pero solo a más altas concentraciones. Y la razón por la que no puedes alcanzar esto clínicamente es porque los antibióticos a veces son tóxicos, o no se quedan en el sitio de la infección el suficiente tiempo”, dice Radovic-Moreno.
Un posible desafio: También hay células de tejido cargadas negativamente y proteínas en sitios de infección que pueden competir con las bacterias en pegarse a las nanopartículas y potencialmente bloquearlas de pegarse a las bacterias. Los investigadores están estudiando qué tanto podría esto limitar la efectividad de su nanopartícula de entrega. También están conduciendo estudios en animales para determinar si las partículas seguirán siendo sensibles al pH en el cuerpo y circularán por el tiempo suficiente para alcanzar sus objetivos.
