Nanopartículas - X (Diez) Curiosidades

Investigadores logran interferencia ARN en un paquete más ligero

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.

Reimpreso con permiso de MIT News.

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

Objetivo: Bacterias resistentes a las drogas

Bacteria resistente a drogas — Imagen: Aleks Radovic-moreno

Ingenieros diseñan nanopartículas que entregan altas dosis de antibióticos directamente a las bacterias.

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

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.

Reimpreso con permiso de MIT News.

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http://web.mit.edu/ (en inglés)

Nanopartículas híbridas cobre-oro convierten el CO2

Podrían reducir las emisiones de gases de invernadero

Jennifer Chu, MIT News Office. Original (en inglés).

Cobre – el material del que están hechos los centavos y las teteras – también es uno de los pocos metales que pueden convertir el dióxido de carbono en combustibles de hidrocarbono con poca energía relativamente. Cuando se le da la forma de un electrodo y es estimulado con voltaje, el cobre actúa como un fuerte catalizador, iniciando una reacción electromagnética con el dióxido de carbono que reduce el gas de efecto invernadero en metano o metanol.

Varios investigadores alrededor del mundo han estudiando el potencial del cobre como medio energéticamente eficiente de reciclar emisiones de dióxido de carbono en plantas de energía: En lugar de ser liberado en la atmósfera, el dióxido de carbono sería hecho circular a través de un catalizador de cobre y convertido en metano o metanol – que entonces le daría energía al resto de la planta por combustión, o sería convertido en productos químicos como etileno. Dicho sistema, emparejado con energía solar o eólica, podría reducir enormemente las emisiones de gas de invernadero de plantas alimentadas por carbón y plantas alimentadas por gas natural.

Pero el cobre es temperamental: fácilmente oxidable, como cuando viejos centavos se vuelven verdes. Como resultado, el metal es inestable, lo que puede alentar significativamente su reacción con el dióxido de carbono y producir residuos no deseados como monóxido de carbono y ácido fórmico.

Ahora los investigadores del MIT (Massachusetts Institute of Technology – Instituto Tecnológico de Massachusetts) han encontrado una solución que podría reducir aún más la energía necesaria para que el cobre convierta el dióxido de carbono, mientras además hacen al metal mucho más estable. El grupo ha diseñado pequeñas nanopartículas de cobre mezcladas con oro, que es resistente a la corrosión y la oxidación. Los investigadores observaron que solo un toque de oro vuelve al cobre mucho más estable. En los experimentos, recubrieron electrodos con las nanopartículas híbridas y encontraron que mucha menos energía era necesaria para que estas nanopartículas diseñadas reaccionaran con el dióxido de carbono, comparado a nanopartículas de puro cobre.

Un artículo detallando los resultados aparecerá en el diario Chemical Communications; la investigación fue patrocinada por la Fundación Nacional de Ciencia. La coautora Kimberly Hamad-Schifferli del MIT dice que los descubrimientos apuntan a un medio potencialmente de eficiencia energética de recudir las emisiones de dióxido de carbono de las plantas de energía.

“Normalmente tienes que poner mucha energía en convertir dióxido de carbono en algo útil”, dice Hamad-Schifferli, una profesora asociada de ingeniería mecánica e ingeniería biológica. “Demostramos que nanopartículas híbridas cobre-oro son mucho más estables, y tienen el potencial de reducir la energía que necesitas para la reacción”.

Reduciendo el tamaño

El equipo eligió diseñar partículas al nivel de nanoescala para “obtener más ventaja económica”, dice Hamad-Schifferli: Mientras más pequeñas las partículas, más grande es el área superficial disponible para la interacción con las moléculas de dióxido de carbono. “Podrías tener más lugares para que el CO₂ llegue y se pegue y sea convertido en algo más”, dice ella.

Hamad-Schifferli trabajó con Yang Shao-Horn, el profesor asociado de Ingeniería Mecánica en el MIT, posdoctorado Zhichuan Xu y Erica Lai. El equipo se quedó en oro como un metal adecuado para combinarse con oro y cobre principalmente debido a sus propiedades conocidas.
(Investigadores habían combinado previamente oro y cobre en escalas mucho más grandes, notando que la combinación previno que el cobre se oxidara).

Para hacer las nanopartículas, Hamad-Schifferli y sus colegas mezclaron sales conteniendo oro en una solución de sales de cobre. Calentaron la solución, creando nanopartículas que fusionaron cobre con oro. Xu entonces puso las nanopartículas a través de una serie de reacciones, convirtiendo la solución en un polvo que fue usado para recubrir un pequeño electrodo.

Para probar la reactividad de las nanopartículas, Xu colocó el electrodo en un vaso de precipitado lleno se solución y dióxido de carbono en burbujas dentro de él. Aplicó un pequeño voltaje al electrodo, y midió la corriente resultante en la solución. El equipo razonó que la corriente resultante indicaría que tan eficientes eran las nanopartículas al reaccionar con el gas: Si las moléculas de CO₂ estuvieran reaccionando con sitios en el electrodo – y después liberando para permitir que otras moléculas de CO₂ reaccionen con los mismos sitios – la corriente aparecería como que un cierto potencial fue alcanzado, indicando una “rotación”. Si las moleculas monopolizan sitios en el electrodo, la reacción se alentaría, retrasando la aparición de la corriente al mismo potencial.

El equipo encontró finalmente que el potencial aplicado para alcanzar una corriente estable era mucho más pequeña para las nanopartículas híbridas cobre-oro que para el puro cobre y oro – una indicación de que la cantidad de energía requerida para ejecutar la reacción era mucho más baja que la requerida cuando se usaban nanopartículas de puro cobre.

Siguiendo adelante, Hamad-Schifferli dice que espera mirar más de cerca la estructura de las nanopartículas de cobre-oro para encontrar la configuración óptima para convertir dióxido de carbono. Hasta ahora, el equipo ha demostrado la efectividad de las nanopartículas compuestas de un tercio de oro y dos tercios de cobre, así como dos tercios de oro y un tercio de cobre.

Hamad-Schifferli admite que el recubrimiento de electrodos a escala industrial con oro puede volverse caro. Sin embargo, dice ella, el ahorro de energía y el potencial de reuso para dichos electrodos podría balancear los costos iniciales.

“Es un compromiso”, dice Hamad-Schifferli. “Obviamente el oro es mas caro que el cobre. Pero si te ayuda a obtener un producto que sea más atractivo como el metano en lugar del dióxido de carbono, y a un consumo de energía más bajo, entonces podría valer la pena. Si pudieras reusarlo una y otra vez, y la durabilidad es más alta debido al oro, eso es una ganancia”.

Reimpreso con permiso de MIT News.

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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.

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http://web.mit.edu/ (en inglés)

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)

Algunas enfermedades se podrían eliminar de la sangre con nanoimanes

Científicos de Zurich han encontrado la forma de limpiar las toxinas de la sangre usando imanes diminutos (nanoimanes) con diseño especial, que en un futuro podrían eliminar sustancias dañinas para la sangre, el procedimiento, de ponerse en práctica podría ayudar a pacientes con Sepsis, así como, sería un suplemento ideal para tratamientos convencionales, en casos de envenenamiento grave, desórdenes metabólicos, enfermedades autoinmunes y algunos tipos de cáncer.

Con solo 30 nanómetros(30 millonésimas de milímetro) de diámetro, menos de un gramo es suficiente para limpiar toda la sangre humana de una toxina determinada en pocas horas, los investigadores preparan los nanoimanes, cubiertos con carbono y anticuerpos específicos para las moléculas que se desee expulsar de la sangre, tales como el plomo, proteínas, etc.; se introducen los nanoimanes en la sangre y enseguida se pasa a una máquina de diálisis o en un aparato similar.

Inge Herrmann Ingeniera Química de la Universidad de Zurich y encargada de este proyecto en cooperación con el Hospital Universitario del mismo lugar, explica:”Las nanopartículas capturan las sustancias buscadas y justo antes de que las nanopartículas puedan pasar por un nuevo ciclo de la circulación, el separador magnético acumula los nanoimanes cargados de toxinas en un depósito y los mantiene separados de la sangre en recirculación “.

Fuente:
http://www.technologyreview.es/

Hecho en Rusia: Nuevo material resistente y muy ligero para chalecos antibalas.

Especialistas rusos, desarrollaron el filamento AuTx (conocido como el tejido de oro), mejorando las fibras sintéticas del tipo “aramida” hechas con Kevlar y Twaron (materiales usados en la industria aeroespacial rusa) y materiales usados en los neumáticos resistentes a las pinchaduras. Estos materiales son de uso muy frecuente en la elaboración de chalecos antibalas.

El material AuTx, tiene doble resistencia dinámica, en comparación con los materiales antes mencionados. Las prendas blindadas hechas con el material AuTx, pesan solo el equivalente a una tercera parte, en comparación con las prendas hechas con otros materiales de aramida. El AuTx también es resistente al fuego y es útil también para la elaboración de trajes para bomberos.

Las fibras AuTx, son más duraderas a pesar de su exposición a la luz solar por largo período, su almacenamiento a altas temperaturas no acelera su envejecimiento y en el proceso de su fabricación son tratadas con un reactivo especial, que le permite conservar sus propiedades a pesar del contacto con el agua, aceites y otros fluidos hidráulicos, propiedades con las que no cuenta el Kevlar, por sí solo.

Rusia, presentó en el año 2007 el “blindaje líquido” o sacos que contienen un gel de nanopartículas y un relleno líquido. En este tipo de blindaje, un fuerte y brusco golpe, fija las sustancias líquidas entre sí y el gel se convierte en un fuerte material compuesto que impide la penetración del objeto causante de dicho golpe, como puede ser el impacto de una bala o fragmento de una granada.

Fuente:
http://actualidad.rt.com/