Medicina - X (Diez) Curiosidades

Nuevo recubrimiento para transplantes de cadera podría prevenir fallas prematuras

Filmes a nanoescala desarrollados en el MIT (Massachusetts Institute of technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts) promueven el crecimiento de hueso, creando un sello más fuerte entre implantes y los propios huesos de los pacientes.

Anne Trafton, MIT News Office. Original (en inglés).

Cada año, más de un millón de estadounidenses reciben una prótesis artificial de cadera o rodilla. Dichos implantes están diseñados para durar muchos años, pero en alrededor del 17 por ciento de los pacientes que reciben un reemplazo de articulación, el implante eventualmente se afloja y tiene que ser reemplazado temprano, lo que puede causar peligrosas complicaciones para pacientes de edad avanzada.

Para ayudar a minimizar estas pesadas operaciones, un equipo de ingenieros químicos del MIT ha desarrollado un nuevo recubrimiento para implantes que podría ayudarlos a adherirse mejor al hueso del paciente, previniendo fallas prematuras.

“Esto permitiría al implante durar mucho más, hasta su tiempo de vida natural, con un riesgo más bajo de falla o infección”, dice Paula Hammond, profesora de ingeniería en el MIT y autora principal de un artículo sobre el trabajo que aparecerá en el diario Advanced Materials.

El recubrimiento, que induce las propias células del cuerpo a producir hueso que ajusta el implante en su lugar, también podría ser usado para curar fracturas y para mejorar los implantes dentales, de acuerdo a Hammond y al autor líder Nisarg Shah, un estudiante graduado en el laboratorio de Hammond.

Una alternativa al cemento óseo

Caderas artificiales consisten de una bola de metal en un tallo, conectando la pelvis y el femur. La bola rota dentro de una taza plástica dentro del socket de la cadera. Similarmente, las rodillas artificales consisten de placas y un tallo que permiten el movimiento del femur y la tibia. Para asegurar el implante, cirujanos usan cemento óseo, un polímero que se asemeja al vidrio cuando se endurece. En algunos casos, este cemento termina agrietándose y el implante se separa del hueso, causando dolor crónico y pérdida de movilidad para el paciente.

“Típicamente, en dicho caso, el implante es removido y reemplazado, lo que causa tremenda pérdida de tejido secundaria en el paciente que no habría ocurrido si el implante no hubiera fallado”, dice Shah. “Nuestra idea es prevenir la falla recubriendo estos implantes con materiales que podrían inducir el hueso natural que es generado dentro del cuerpo. Ese hueso crece en el implante y ayuda a mantenerlo en su lugar”.

El nuevo recubrimiento consiste de un filme muy delgado, que va desde los 100 nanómetros hasta un micrón, compuesto de capas de materiales que ayudan a promover el rápido crecimiento de hueso. Uno de los materiales, hidroxiapatita, es un componente natural del hueso, hecho de calcio y fosfato. Este material atrae células madre mesenquimatosas de la médula osea y provee una interfaz para la formación de nuevo hueso. La otra capa libera un factor de crecimiento que estimula las células madre mesenquimatosas a transformarse en células productoras de hueso llamadas osteoblastos.

Una vez que se forman los osteoblastos, comienzan a producir nuevo hueso para llenar los espacios rodeando el implante, asegurándolo al hueso existente y eliminando la necesidad del cemento de hueso. Tener tejido sano en ese espacio crea un enlace más fuerte y reduce bastante el riesgo de infección bacteriana alrededor del implante.

“Cuando el cemento óseo es usado, espacio muerto es creado entre el hueso existente y el tallo del implante, donde no hay vasos sanguíneos. Si bacterias colonizan este espacio se mantendrían proliferando, ya que el sistema inmune no puede alcanzarlas y destruirlas. Dicho recubrimiento sería auxiliar para prevenir que eso ocurra”, dice Shah.

Toma al menos dos o tres semanas para que los huesos llenen y completamente estabilicen el implante, pero un paciente aún sería capaz de caminar y hacer terapia física durante este tiempo, de acuerdo a los investigadores.

Control ajustable

Ha habido esfuerzos previos para recubrir implantes ortopédicos con hidroxiapatita, pero los filmes terminan siendo muy delgados e inestables, y tienden a separarse del implante, dice Shah. Otros investigadores han experimentado con inyectar el factor de crecimiento o depositarlo directamente en el implante, pero la mayoría termina siendo drenado fuera del sitio del implante, dejando muy poco detrás para tener algún efecto.

El equipo del MIT puede controlar el grosor de su filme y la cantidad de factor de crecimiento liberado usando un método llamado ensamblado capa-por-capa, en el que los componentes deseados son colocados una capa a la vez hasta que el grosor y la composición de la droga deseados son alcanzados.

“Esta es una ventaja significativa por que otros sistemas hasta ahora no han podido controlar la cantidad de factor de crecimiento que necesitas. Muchos dispositivos típicamente deben usar cantidades que podrían ser órdenes de magnitud más de lo que necesitas, lo que puede llevar a efectos secundarios no deseados”, dice Shah.

Los investigadores ahora están realizando estudios en animales que han mostrado resultados prometedores: Los recubrimientos llevan a una rápida formación de huesos, fijando los implantes en su lugar.

Este recubrimiento podría ser usado no solo para reemplazos de articulaciones, sino también para el fijado de placas y tornillos usados para arreglar fracturas de huesos. “Es muy versátil. Puedes aplicarlo a cualquier geometría y tener un recubrimiento uniforme todo alrededor”, dice Shah.

Otra posible aplicación es en implantes dentales. Convencionalmente, implantar un diente artificial es un proceso de dos pasos. Primero, un tornillo con rosca es introducido en la quijada; este tornillo debe estabilizarse integrándolo con el tejido de hueso que lo rodea por varios meses antes de que el paciente regrese a la clínica para tener el nuevo diente pegado al tornillo. Esto podría ser reducido a un proceso de un paso en el que el paciente recibe el implante entero usando una versión de estos recubrimientos.

La investigación fue patrocinada por Instituto Nacional del Envejecimiento, parte de los Institutos Nacionales de la Salud, y conducido por el Instituto David H. Koch para Investigación Integrativa del Cáncer con apoyo del Instituto para Nanotecnologías para Soldados en el MIT.

Reimpreso con permiso de MIT News.

Fuente
http://web.mit.edu/ (en inglés)

Nuevo dispositivo para suministrar medicamento al cerebro

El científico ruso Eduard Lerner, desarrolló un dispositivo único en su tipo y gracias a este invento que podría abrir una nueva era en la medicina, le fue otorgado el premio “El mejor invento de los Países Bajos”.

Dicho dispositivo permite suministrar la dosis necesaria del medicamento (el cual es propulsado gracias a una corriente continua de tipo galvánico) directamente al cerebro a través de la cavidad nasal. El científico Lerner califica este método como “no invasivo”, además de disminuir la dosis de la sustancia medicinal en la sangre (en comparación con el suministro a través del flujo sanguíneo) y minimiza los efectos secundarios en todo el organismo.

Este invento hace posible el tratamiento eficaz de enfermedades como: la apoplejía, hemorragia cerebral, Alzheimer, Parkinson, encefalitis, meningitis, esclerosis múltiple, esquizofrenia, depresión, así como adiciones al alcohol y a las drogas.

Este científico ruso actualmente reside en Holanda.

Referencias
http://spanish.ruvr.ru/
http://actualidad.rt.com/

Sintiendo cuando el cerebro está bajo presión

Sensación en cerebro — Imagen: Lucien Monfils / wikipedia

Una nueva estrategia de monitoreo prescinde de la cirugía, podría ayudar a los médicos a tratar pacientes con lesiones en la cabeza.

Anne Trafton, MIT News Office. Original (en inglés).

Los tumores cerebrales y el trauma en la cabeza, incluyendo conmociones, pueden elevar la presión dentro del cráneo, potencialmente aplastando el tejido cerebral o cortando el suministro de sangre del cerebro. Monitorear la presión sanguínea en los cerebros de dichos pacientes podría ayudar a los doctores a determinar el mejor tratamiento, pero el procedimiento es tan invasivo – requiere taladrar un agujero a través del cráneo – que solo se hace en los pacientes con lesiones más severas.

Eso podría cambiar con el desarrollo de una nueva técnica que es mucho menos arriesgada. El método, descrito en la edición del 11 de abril de Science Translational Medicine, podría permitirle a los médicos medir la presión cerebral en pacientes que han sufrido lesiones en la cabeza que son más leves, pero se beneficiarían de monitoreo cercano.

Desarrollado por investigadores en el Laboratorio de Investigación de Electrónica (RLE – Research Laboratory of Electronics) del MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts), la nueva técnica está basada en un modelo computacional de cómo la sangre fluye a través del cerebro. Usando ese modelo, los investigadores pueden calcular la presión cerebral de dos mediciones menos invasivas: la presión sanguínea arterial y una medición ultrasónica de la velocidad del fluido sanguíneo a través del cerebro.

Con este acercamiento, cambios en la presión cerebral pueden ser monitoreados en el tiempo, alertando a los médicos sobre problemas que podrían crecer lentamente.

Bajo presión

Presión en el cerebro, también conocida como presión intracraneal (ICP – intracranial pressure), puede elevarse debido a la presencia de fluido excesivo (sangre o fluido cerebroespinal), un tumor cerebral o hinchazón del cerebro.

Para medir esta presión, neurocirujanos taladran un agujero en el cráneo e insertan un catéter en el tejido cerebral o una cavidad llena de fluido en el cerebro. En todos excepto los pacientes enfermos más críticamente, el riesgo de infección o daño al cerebro supera los beneficios de este procedimiento, dice el coautor del estudio George Verghese, profesor de Ingeniería Eléctrica en el MIT.

“Hay una cantidad de pacientes mucho mayor para quienes a los médicos les gustaría esta medición, pero lo invasivo los detiene de obtenerla”, dice Verghese, cuyo laboratorio se enfoca en usar modelos computarizados de fisiología humana para interpretar los datos de pacientes.

En esta tesis doctoral, Faisal Kashif, quien ahora es un posdoctorado en el laboratorio de Verghese y el autor principal del artículo, desarrolló un modelo por computadora que relaciona la presión sanguínea arterial y el flujo sanguíneo a través del cerebro a la presión en el cerebro. El flujo de sangre a través del cerebro es causado por la diferencia en presión entre la sangre entrando al cerebro y la presión dentro del cerebro (ICP). Por lo tanto, usando el modelo de Kashif, la ICP puede ser calculada del flujo y la presión sanguínea entrando al cerebro.

La presión de la sangre entrando al cerebro no es medible directamente, entonces el equipo del MIT usó la presión de la arteria radial, tomada al insertar un catéter en la muñeca, como una representación de esa medida. Usaron su modelo de flujo sanguíneo para compensar la diferencia en lugar.

La presión arterial periférica también puede ser medida continuamente y de manera no invasiva usando un dedal similar al brazalete que se utiliza comúnmente para medir la presión sanguínea. Los investigadores se encuentran investigando ahora, si los datos obtenidos de esta manera son lo suficientemente precisos para usarlos en su modelo.

Validación

Los investigadores verificaron la precisión de su técnica usando datos recolectados hace varios años por el colaborador Marek Czosnyka en la Universidad de Cambridge en el Reino Unido, de pacientes con lesión cerebral traumática. Este fue uno de los pocos grupos de datos que incluyeron todas las medidas que necesitaban, junto con un registro temporal apropiado. Czosnyka envió los datos de presión sanguínea arterial radial y la velocidad del flujo sanguíneo tomado con ultrasonido al equipo del MIT, el cual entonces introdujo los números en su modelo y obtuvieron una presión intracraneal estimada. Enviaron entonces los datos de vuelta a Czosnyka para comparación.

Sus resultados eran ligeramente menos precisos que aquellos obtenidos con el mejor procedimiento invasivo, pero comparables a otros procedimientos invasivos que siguen en uso clínico, y a técnicas menos invasivas que se han intentado.

“Es un santo grial de neurocirugía clínica el encontrar una manera no invasiva de medir la presión”, dice James Holsapple, jefe de neurocirugía en el Centro Médico Boston. “Sería un gran paso si podemos poner nuestras manos en algo confiable”.

El nuevo acercamiento del MIT muestra promesa, dice Holsapple, añadiendo que un siguiente paso importante es incorporar la tecnología en un sistema que sería fácil de usar para el personal de un hospital y pudiera grabar datos durante muchas horas o días.

El equipo del MIT, junto con la coautora Vera Novak del Centro Médico Beth Israel Deaconess (BIDMC) en Boston, está ahora colaborando con doctores en el BIDMC para probar su acercamiento en pacientes en la unidad de cuidado intensivo neurológico.

“Todavía es un período de validación. Para convencer a la gente de que esto trabaja, necesitas acumular más [datos] de los que tenemos actualmente”, dice Verghese. “Nuestra esperanza es que una vez que ha sido validado en tipos de pacientes adicionales, donde seas capaz de mostrar que puedes coincidir con la medida invasiva, la gente tendrá confianza en comenzar a aplicarlo a pacientes que no están siendo monitoreados actualmente. Ahí es donde vemos el gran potencial”.

Thomas Heldt, un científico investigador en el RLE y autor principal del artículo, dice que una vez que la recolección de datos y el modelo estén bien establecidos, el equipo espera probar diferentes poblaciones de pacientes – como atletas con contusiones, o soldados que han experimentado explosiones – para descubrir maneras de determinar la extensión de las lesiones y cuándo no es seguro todavía para un atleta o soldado volver al campo.

Otra aplicación potencial es monitorear astronautas durante y después de vuelos espaciales largos. La NASA ha observado signos de presión intracraneal elevada en algunos de estos astronautas, y ahora busca formas de medirla.

Reimpreso con permiso de MIT News.

Fuente
http://web.mit.edu/ (en inglés)

Nanopartículas dirigidas muestran éxito en pruebas clínicas

Pequeñas partículas diseñadas para quedarse en células cancerosas logran reducir tumores con dosis más bajas que la quimioterapia tradicional.

Anne Trafton, MIT News Office. Original (en inglés).

Nanopartículas terapéuticas dirigidas que se acumulan en tumores mientras que pasan de lado células saludables han mostrado resultados prometedores en una prueba clínica que se está llevando a cabo, de acuerdo a una nueva revista académica.

Las nanopartículas tienen una molécula mensajera que les permite atacar específicamente células cancerosas, y son las primeras de dichas partículas dirigidas en entrar a estudios clínicos humanos. Originalmente desarrolladas por investigadores en el MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts) y el Hospital Brigham and Women en Boston, las partículas están diseñadas para cargar la droga de quimioterapia docetaxel, usada para tratar cánceres de pulmón, próstata y mama, entre otros.

En el estudio, que aparece en la edición del 4 de abril del diario Science Translational Medicine, los investigadores demuestran la habilidad de las partículas para dirigirse a un receptor encontrado en células cancerosas y acumularse en los sitios de tumores. Las partículas también se mostraron seguras y efectivas: muchos de los tumores de pacientes se encogieron como resultado del tratamiento, aún cuando recibieron dosis más bajas que las usualmente administradas.

“Los resultados clínicos iniciales de regresión de tumores incluso con dosis bajas de la droga validan nuestros descubrimientos pre-clínicos de que nanopartículas dirigidas se acumulan preferencialmente en tumores”, dice Robert Langer, profesor del Departamento de Ingeniería Química del Instituto David H. Koch en el MIT y un autor principal de la revista académica. “Intentos previos de desarrollar nanopartículas dirigidas no se han trasladado exitosamente a estudios clínicos humanos por la dificultad inherente de diseñar y escalar una partícula capaz de dirigirse a tumores, evadiendo el sistema inmune y liberando drogas en una forma controlada”.

La prueba clínica fase 1 fue realizada por investigadores en BIND Biosciences, una compañía cofundada por Langer y Omid Farokhzad en el 2007.

“Este estudio demuestra por primera vez que es posible generar medicinas con propiedades dirigidas y programables que pueden concentrar los efectos terapéuticos directamente en el sitio de la enfermedad, potencialmente revolucionando cómo enfermedades complejas como el cáncer son tratadas”, dice Farokhzad, director del Laboratorio de Nanomedicina y Biomateriales en el hospital Brigham and Women, profesor asociado de anestesia en la Escuela de Medicina de Harvard y un autor principal de la revista académica.

Investigadores en el Instituto del Cáncer Dana-Farber, el Colegio Médico Weill Cornell, Servicios de Investigación Clínica TGen en Phoenix y el Institudo del Cáncer Karmanos en Detroit también estuvieron involucrados en el estudio.

Partículas dirigidas

El laboratorio de Langer comenzó a trabajar en nanopartículas poliméricas a inicios de los 90, desarrollando partículas hechas de materiales biodegradables. A principios de esta década, Langer y Farokhzad comenzaron a colaborar para desarrollar métodos para dirigir activamente las partículas a moléculas encontradas en células cancerosas. Para el 2006, ya habían demostrado que las nanopartículas dirigidas pueden encoger tumores en ratones, pavimentando el camino para el desarrollo eventual y la evaluación de una nanopartícula dirigida llamada BIND-014, que entró en pruebas clínicas en enero del 2011.

Para este estudio, los investigadores recubrieron las nanopartículas con moléculas direccionadoras que reconocen una proteína llamada PSMA (prostate-specific membrane antigen – antígeno membranal específico de la próstata), encontrado abundantemente en la superficie de la mayoría de las células de tumores de la próstata así como muchos otros tipos de tumores.

Uno de los desafíos desarrollando nanoparticulas de entrega de drogas efectivas, dice Langer, las está diseñando para que puedan realizar dos funciones críticas: evadir la respuesta inmunitaria normal del cuerpo y alcanzar sus objetivos deseados.

“Necesitas exactamente la combinación correcta de estas propiedades, por que si no tienen la concentración correcta de moléculas dirigidoras, no alcanzarás las células que quieres, y si no tienen las propiedades sigilosas correctas, serán tomadas por los macrófagos”, dice Langer, también un miembro del Instituto David H. Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer en el MIT.

Las nanopartículas BIND-014 tienen tres componentes: uno que carga la droga, uno que apunte al PSMA, y uno que ayude a evadir macrófagos y las demás células inmunológicas. Hace unos pocos años, Langer y Farokhzad desarrollaron una forma de manipular estas propiedades de forma muy precisa, creando grandes colecciones de partículas diversas que podrían ser probadas para la composición ideal.

“Ellos sistemáticamente hicieron un grupo de materiales que variaban en las propiedades que ellos pensaron que importarían, y desarrollaron una manera de monitorearlos. Eso no ha sido hecho en este tipo de entorno antes”, dice Mark Saltzman, un profesor de ingeniería bioquímica en la Universidad de Yale quien no estuvo involucrado en este estudio. “Han tomado el concepto del laboratorio a las pruebas clínicas, lo que es muy impresionante”.

Todas las partículas están hechas de polímeros ya aprobados para uso médico por la Administración de Alimentos y Drogas (FDA – Food and Drug Administration) de los Estados Unidos.

Resultados clínicos

La prueba clínica fase 1 involucró a 17 pacientes con tumores avanzados o metastáticos que ya habían pasado por la quimioterapia tradicional. En pruebas fase 1, investigadores evalúan la seguridad de una droga potencial y estudian sus efectos en el cuerpo. Para determinar las dosis seguras, a los pacientes les fueron dadas dosis escaladas de nanopartículas. Hasta ahora, dosis de BIND-014 han alcanzado la cantidad de docetaxel usualmente dadas sin nanopartículas, sin nuevos efectos secundarios. Los efectos secundarios conocidos del docetaxel también han sido más suaves.

En las 48 horas después del tratamiento, los investigadores encontraron que la concentración de docetaxel en la sangre de los pacientes era 100 veces más alta con las nanopartículas comparadas al docetaxel administrado en su forma convencional. La más alta concentración en la sangre de BIND-014 facilitó el direccionamiento a los tumores resultando en una reducción de los tumores en pacientes, en algunos casos con dosis de BIND-014 que correspondía a un 20 por ciento de la cantidad de docetaxel normalmente dada. Las nanopartículas también fueron efectivas en cánceres en los que el docetaxel usualmente tiene poca actividad, incluyendo el cáncer cervical y el cáncer de los ductos de la bilis.

Los investigadores también encontraron que en animales tratados con la nanopartícula, la concentración de docetaxel en los tumores era hasta diez veces más altas que en animales tratados con inyecciones de docetaxel convencional las primeras 24 horas, y que el tratamiento con nanopartículas resultó en una reducción de tumores mejorada.

La prueba clínica fase 1 sigue llevándose a cabo; BIND Biosciences ahora planea las pruebas fase 2, que investigarán aún más la efectividad del tratamiento en un mayor número de pacientes.

El desarrollo inicial de las partículas en el MIT y en el Hospital Brigham and Women fue patrocinado con fondos del Instituto Nacional del Cáncer, el Instituto Nacional de Obtención de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería, el Instituto David H. Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer en el MIT, la Fundación del Cáncer de Próstata, un regalo de David H. Koch y el Centro del Cáncer de Próstata Dana-Farber de Harvard (SPORE). Desarrollo subsecuente por BIND Biosciences fue patrocinado con fondos del Instituto Nacional del Cáncer, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, y BIND Biosciences. Todos los institutos son de los Estados Unidos.

Reimpreso con permiso de MIT News.

Fuente
http://web.mit.edu/ (en inglés)

Imágenes fotoacústicas usan sonido y luz para detectar cáncer

Una nueva técnica de obtención de imágenes está basada en la luz y el sonido para crear detalladas imágenes a color de tumores en las profundidades del cuerpo. La tecnología, llamada tomografía fotoacústica, eventualmente podría ayudar a los doctores a diagnosticar el cáncer antes de lo que es posible ahora y monitorear más precisamente los efectos del tratamiento contra el cáncer – todo sin la radiación involucrada en rayos X y en tomografías computarizadas o el costo de una resonancia magnética.

La tecnología puede fácilmente penetrar los tejidos del cuerpo para visualizar tumores a profundidades que antes no eran posibles. La tecnología fue explicada el 3 de abril en la reunión anual de la Asociación Americana para la Investigación del Cáncer en Chicago.

Más información
http://scienceblog.com/ (en inglés)
Abstracto del estudio (en inglés)
Imagen del estudio (1)
Imagen del estudio (2)
Imagen del estudio (3)

Nanofábricas producen proteínas

Nanofábricas proteinas — Imagen: Avi Schroeder

Pequeñas partículas podrían manufacturar drogas contra el cáncer en el lugar donde está el tumor.

Anne Trafton, MIT News Office. Original (en inglés)

Drogas hechas de proteínas han mostrado promesas en tratar el cáncer, pero son difíciles de entregar porque el cuerpo usualmente rompe las proteínas antes de que alcance su destino.

Para sobreponerse a ese obstáculo, un equipo de investigadores del MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts) ha desarrollado un nuevo tipo de nanopartícula que puede sintetizar proteínas en demanda. Una vez que estas fábricas de proteínas alcanzan sus objetivos, los investigadores pueden convertir la síntesis de proteínas alumbrándolas con luz ultravioleta en ellas.

Las partículas podrían ser usadas para liberar pequeñas proteínas que matan las células cancerosas, y eventualmente proteínas más grandes como anticuerpos que disparan el sistema inmune para destruir los tumores, dice Avi Shroeder, un posdoctorado en el Instituto Para Investigación de Cáncer Integrativa David H. Koch del MIT y autor líder de una revista académica que aparece en el diario NanoLetters.

Esta es la primera prueba de concepto que puede sintetizar nuevos componentes de materiales inertes dentro del cuerpo”, dice Schroeder, quien trabaja en los laboratorios de Robert Langer, Profesor del Instituto David H. Koch del MIT, y Daniel Anderson, un profesor asociado de ciencias de la salud y tecnología e ingeniería química.

Langer y Anderson también son autores de la revista académica, junto con los antiguos posdoctorados del Instituto Koch Michael Goldber, Christian Kastrup y Christopher Levins.

Imitando a la naturaleza

A los investigadores se les ocurrió la idea de partículas constructoras de proteínas cuando trataban de pensar en nuevas maneras de atacar tumores metastásicos – aquellos que se esparcen del sitio original del cáncer a otras partes del cuerpo. Dichas metástasis causan el 90% de las muertes por cáncer.

Decidieron imitar la estrategia de manufactura de proteínas encontradas en la naturaleza. Células que guardan sus instrucciones para construir proteínas en ADN, el cual es entonces copiado en ARN mensajeros (ARNm o mRNA por sus siglas en inglés). Ese ARNm carga los planos de proteínas a estructuras celulares llamadas ribosomas, las que leen el ARNm y lo traducen en secuencias de aminoácidos. Los aminoácidos son encadenados juntos para formar proteínas.

“Queríamos usar maquinaria que ya había probado ser muy efectiva. Los ribosomas son usados en la naturaleza, y fueron perfeccionados por la naturaleza durante miles de millones de años para ser la mejor máquina que puede producir proteínas”, dice Schroeder.

Los investigadores diseñaron las nuevas nanopartículas para auto-ensamblarse de una mezcla que incluye lípidos – que forman los caparazones exteriores de las partículas – además de una mezcla de ribosomas, aminoácidos y las enzimas necesarias para la síntesis de proteínas. También incluyeron en la mezcla las secuencias de ADN para las proteínas deseadas.

El ADN es atrapado por un compuesto químico llamado DMNPE, que se enlaza a él. Este compuesto libera el ADN cuando es expuesto a luz ultravioleta.

“Quieres ser capaz de dispararlo para que el sistema solo se encienda cuando quieres que trabaje”, dice Schroeder. “Cuando las partículas son golpeadas por luz, el ADN es liberado de un compuesto que lo enjaula y entonces puede entrar al ciclo de producir las proteínas”.

Fábricas programables

En este estudio, las partículas fueron programadas para producir ya sea proteína fluorescente verde (GFP – green fluorescent protein) o luciferasa, ambas son fáciles de detectar. Pruebas en ratones mostraron que las partículas fueron exitosamente puestas a producir la proteína cuando luz ultravioleta las alumbró.

Esperar hasta que las partículas alcancen su destino antes de activarlas podría ayudarles a prevenir efectos secundarios de una droga particularmente tóxica, dice James Heath, un profesor de química en el Instituto de Tecnología de California. Sin embargo, más pruebas deben realizarse para demostrar que las partículas alcanzarían su destino intencionado en humanos, y que solo puedan ser utilizadas para producir proteínas terapéuticas, dice.

“Hay muchos detalles en los que aún debe trabajarse para que éste sea un acercamiento terapéutico viable, pero es un concepto realmente estupendo e innovador, y ciertamente hace funcionar la imaginación de uno”, dice Heath, quien no fue parte del equipo investigador.

Los investigadores ahora trabajan en partículas que puedan sintetizar drogas potenciales contra el cáncer. Algunas de estas proteínas son tóxicas para células cancerosas y saludables – pero usando este sistema de entrega, la producción de proteínas podría ser encendida solo en el tumor, evitando los efectos secundarios en células saludables.

El equipo también trabaja en nuevas maneras de activar las nanopartículas. Posibles acercamientos incluyen la producción disparada por el nivel de acidez u otras condiciones biológicas específicas a ciertas regiones del cuerpo o células.

Reimpreso con permiso de MIT News.

Fuente
http://web.mit.edu/ (en inglés)

Usando nanopartículas para mejorar la quimioterapia

La quimioterapia es realmente un veneno para las células, se toma ventaja de el hecho de que los tumores tienen un metabolismo acelerado y de esta manera absorben el veneno más rápido que el resto del cuerpo y mueren antes de que nos mate a nosotros mismos. Aunque los doctores apuntan hacia los tumores cuando prescriben el uso de la quimioterapia, los compuestos golpean una gran variedad de lugares en el cuerpo, llevando a efectos secundarios como daño a la médula espinal y pérdida de cabello.

Para mejorar su precisión, investigadores han tratado de “empacar” estas drogas dentro de pequeños contenedores huecos que pueden ser dirigidos hacia los tumores dejando de lado los tejidos saludables. Pero el tamaño, forma y acomodo de estas “nanopartículas” puede afectar drásticamente donde y cuando son tomados. Ahora, los científicos han estudiando alrededor de 100 diferentes formas de nanopartículas y mostrado que cuando una droga de quimioterapia convencional es empacada dentro de la mejor de estas nanopartículas, es considerablemente más efectiva peleando contra el cáncer de próstata en animales comparado con la droga sola.

Imagen: J. Hrkach et al., Science Translational Medicine.

Más información
http://news.sciencemag.org/ (en inglés)

Se realizó el trasplante de cara más completo hasta ahora

En una notable operación de 36 horas, un equipo de cirujanos en la Universidad de Maryland realizó el trasplante de cara más extenso hasta ahora. El trasplante incluyó ambas quijadas, dientes y la lengua. Esta es la primera vez en el mundo que un trasplante completo de cara ha sido realizado por un equipo de cirujanos plásticos y reconstructivos con entrenamiento especializado y experiencia en cirugía craneofacial y microcirugía reconstructiva.

El equipo de este trasplante fue liderado por Eduardo D. Rodriguez, profesor asociado de cirugía en la Escuela de Medicina en la Universidad de Maryland, y jefe de Cirugía Plástica, Reconstructiva y Maxilofacial en el Centro de Traumatología de Choque en el Centro Médico de la Universidad de Maryland. El equipo de cirujanos se benefió ampliamente de su experiencia en el tratamiento de lesiones.

El receptor del trasplante de cara fue Richard Lee Norris de Hillsville, Virginia, quien fue lesionado en 1997 en un accidente de arma de fuego. El primer transplante de cara, antiguamente llamado aloinjerto compuesto vascularizado (VCA – Vascularized Composite Allograft), fue realizado en Francia en el año 2005 en una mujer cuya cara fue arrancada por un perro. Este es el trasplante de cara número 23, y hasta ahora se tiene una tasa de sobrevivencia del 88%.

Más información
http://www.irishtimes.com/ (en inglés)
http://www.sciencedebate.com/ (en inglés)

Investigadores crean un chip que actúa como intestino viviente

En un esfuerzo por proveer una alternativa más precisa al cultivo de células convencional y a los modelos animales, investigadores del Instituto Wyss para la Ingeniería Inspirada Biológicamente en la Universidad de Harvard desarrollaron un dispositivo que imita la estructura, fisiología y mecánica del intestino humano. Este dispositivo podría ayudar a estudiar enfermedades intestinales y a encontrar tratamientos potenciales.

El dispositivo tiene una cámara central con una capa de tejido epitelial de un intestino humano que crece en una membrana porosa y flexible que recrea la barrera intestinal. La membrana imita los movimientos ondulatorios que hacen pasar la comida al estar unida a unas paredes que se estiran y se recogen usando un controlador de vacío. Los investigadores pueden hacer crecer y sustentar los microbios intestinales comunes.

Más información
http://www.gizmag.com/ (en inglés)
http://wyss.harvard.edu/ (en inglés)

Una forma más rápida de sondear proteínas

La espectroscopía infrarroja le permite a los científicos analizar la estructura de proteínas en una escala temporal ultrarápida.

Anne Trafton, MIT News Office. Original (en inglés).

Las proteínas pueden tomar muchas formas diferentes, y esas formas ayudan a determinar la función de cada proteína. Analizando esas estructuras puede decirle a los científicos mucho sobre cómo se comporta una proteína, pero muchos de los métodos utilizados ahora para estudiar la estructura requieren que las proteínas sean cristalizadas o alteradas de otra manera a partir de su estado natural.

Ahora, investigadores del MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts) han desarrollado una forma de analizar proteínas que no requiere de ningún tratamiento previo. La técnica es además extremadamente rápida, permitiéndole a los científicos ver, por vez primera, como una proteína cambia su forma en picosegundos, o billonésimas de segundo.

Los investigadores, liderados por el profesor de química Andrei Tokmakoff y el posdoctorado Carlos Baiz, describen la nueva técnica este mes en el diaro Analyst. Su acercamiento está basado en una tecnología conocida como espectroscopía infrarroja bidimensional, que trabaja enviando pulsos de luz infrarroja a una molécula y mide las vibraciones moleculares resultantes. En la nueva revista, los investigadores encontraron una manera de analizar esos datos y correlacionarlos a elementos estructurales comunes encontrados en proteínas.

Una vez ensambladas, las proteínas tienden a doblarse en una o dos estructuras secundarias, conocidas como hélices alfa (hélice α) y beta-láminas (u hoja plegada β). En este estudio, los investigadores distinguieron entre esas dos estructuras examinando como los enlaces entre el carbono y el oxígeno – encontrado en cada uno de los amino-ácidos que forman las proteínas – vibraban cuando eran expuestos a luz infrarroja.

En una hélice alfa, los enlaces carbono-oxígeno van paralelos al esqueleto de la proteína; en una beta-lámina, esos enlaces son perpendiculares a la hoja. Debido a esa diferencia, los enlaces vibran a frecuencias diferentes cuando son golpeadas por luz infrarroja. Esto le permite a los desarrolladores calcular el porcentaje de los amino-ácidos que pertenecen a la estructura de hélice y el porcentaje que forma una beta-lámina.

Los investigadores confirmaron la precisión de sus cálculos analizando un grupo de proteínas cuya estructura ya era conocida. Su método no revela realmente la estructura exacta de una proteína, pero los investigadores están trabajando en maneras de determinar los arreglos de las láminas y hélices de los datos espectroscópicos.

“En principio, la estructura completa de la proteína es representada en el espectro. El truco es como sacar la información”, dice Baiz, autor líder de la revista académica.

Una forma de hacerlo es analizar datos de un amplio rango de longitudes de onda infrarrojas. Los investigadores también están desarrollando métodos para obtener información sobre otros enlaces de los amino-ácidos.

Gracias a que el nuevo método puede ser realizado en millonésimas de segundo, puede ser usado para estudiar como las proteínas se doblan y desdoblan cuando son desnaturalizadas por el calor. Después de golpear una proteína con un rayo láser para calentarla, los investigadores pueden capturar una serie de tomas sobre como la proteína se desdobla en este muy corto período de tiempo.

“Este es el primer método que nos permitirá capturar tomas de la estructura de la proteína siendo desnaturalizada”, dice Baiz. “Usualmente la manera en la que la gente ve las proteínas es que comienzan con el estado desdoblado y terminan con el estado doblado, así que tienes dos estructuras estáticas. Lo que podemos hacer ahora es ver todas las estructuras en el camino”.

Munira Khalil, un profesor asistente de química en la Universidad de Washington, dice que la habilidad para rastrear los cambios estructurales en el tiempo es la más grande fortaleza de la técnica. “Una gran pregunta es ¿cómo se doblan las proteínas – en que punto pasan de ser una estructura completamente desordenada a una estructura ordenada?” dice Khalil, quien no estuvo involucrada en esta investigación.

Esto sería particularmente útil para estudiar proteínas que causan enfermedades cuando se doblan incorrectamente, como la proteína Tau encontrada en pacientes con la enfermedad de Alzheimer y el prión que causa la enfermedad de Creutzfeldt-Jakob.

El método también puede medir los cambios estructurales que ocurren conforme las proteínas se unen una con la otra. “Si la proteína es como una roca, y no cambia, entonces realmente nunca va a unirse a su objetivo o hacer nada. Esos son los tipos de procesos que podemos ver – los cambios conformacionales que conducen la función biológica”, dice Baiz.

Reimpreso con permiso de MIT News.

Fuente
http://web.mit.edu/ (en inglés)