Un equipo de investigadores ha creado un nuevo sistema de administración de fármacos implantable utilizando nanocables que se pueden controlar de forma inalámbrica.
Los nanocables responden a un campo electromagnético generado por un dispositivo separado, que se puede usar para controlar la liberación de un medicamento precargado. El sistema elimina los tubos y cables requeridos por otros dispositivos implantables que pueden provocar infecciones y otras complicaciones, dijo el equipo.Richard Borgens, profesor de Neurociencia Aplicada Mari Hulman George de la Universidad de Purdue y director del Centro de Investigación de la Parálisis de Purdue.
"Esta herramienta nos permite aplicar medicamentos según sea necesario directamente en el sitio de la lesión, lo que podría tener amplias aplicaciones médicas", dijo Borgens. "La tecnología se encuentra en las primeras etapas de prueba, pero esperamos que esto puedadía para administrar medicamentos directamente a lesiones de la médula espinal, ulceraciones, lesiones óseas profundas o tumores, y evitar los terribles efectos secundarios del tratamiento sistémico con esteroides o quimioterapia ".
El equipo probó el sistema de administración de fármacos en ratones con lesiones por compresión en la médula espinal y administró el corticosteroide dexametasona. El estudio midió un marcador molecular de inflamación y formación de cicatrices en el sistema nervioso central y descubrió que se redujo después de una semanadel tratamiento. En un próximo número de la Diario de versiones controladas y actualmente está disponible en línea.
Los nanocables están hechos de polipirrol, un material polímero conductor que responde a los campos electromagnéticos. Wen Gao, un investigador postdoctoral en el Centro de Investigación de Parálisis que trabajó en el proyecto con Borgens, hizo crecer los nanocables verticalmente sobre una base fina de oro, comofibras diminutas que forman un trozo de alfombra de pelusa cientos de veces más pequeña que una célula humana. Los nanocables se pueden cargar con un fármaco y, cuando se aplica el campo electromagnético correcto, los nanocables liberan pequeñas cantidades de la carga útil. Este proceso puede iniciarsey se detuvo a voluntad, como accionar un interruptor, utilizando el correspondiente dispositivo de estimulación del campo electromagnético, dijo Borgens.
Los investigadores capturaron y transportaron un parche de la alfombra de nanocables en gotas de agua que se usaron para llevarlo al sitio de la lesión. Los parches de nanoalambres se adhieren al sitio de la lesión a través de la tensión superficial, dijo Gao.
La magnitud y la forma de onda del campo electromagnético deben ajustarse para obtener la liberación óptima del fármaco, y los mecanismos precisos que liberan el fármaco aún no se comprenden bien, dijo. El equipo está investigando el proceso de liberación.
Es probable que el campo electromagnético esté afectando la interacción entre el nanomaterial y las moléculas del fármaco, dijo Borgens.
"Creemos que es una combinación de efectos de carga y el cambio de forma del polímero lo que le permite almacenar y liberar fármacos", dijo. "Es un proceso reversible. Una vez que se elimina el campo electromagnético, el polímero vuelvea la arquitectura inicial y retiene las moléculas de fármaco restantes ".
Para cada fármaco diferente, el equipo necesitaría encontrar el campo electromagnético óptimo correspondiente para su liberación, dijo Gao.
Este estudio se basa en trabajos anteriores de Borgens y Gao. Gao primero tuvo que descubrir cómo hacer crecer polipirrol en una arquitectura vertical larga, lo que le permite contener mayores cantidades de un fármaco y prolongar el período de tratamiento potencial. Luego, el equipo demostrópodría manipularse para liberar dexametasona a pedido. En la revista se publicó un artículo que detalla el trabajo, titulado "Acción a distancia: administración funcional de fármacos mediante nanocables de polipirrol sensibles a campos electromagnéticos". Langmuir .
Otros miembros del equipo involucrados en la investigación incluyen a John Cirillo, quien diseñó y construyó el sistema de estimulación del campo electromagnético; Youngnam Cho, un ex miembro de la facultad en el Centro de Investigación de Parálisis de Purdue; y Jianming Li, un profesor asistente de investigación en el centro.
Para el estudio más reciente, el equipo utilizó ratones que habían sido modificados genéticamente de modo que la proteína Glial Fibrillary Acidic Protein, o GFAP, es luminiscente. GFAP se expresa en células llamadas astrocitos que se acumulan en grandes cantidades en las lesiones del sistema nervioso central. Astrocitosson parte del proceso inflamatorio y forman un tejido cicatricial, dijo Borgens.
Se colocó un parche de 1-2 milímetros de nanocables dopado con dexametasona sobre las lesiones de la médula espinal que habían sido expuestas quirúrgicamente, dijo Borgens. Luego, las lesiones se cerraron y se aplicó un campo electromagnético durante dos horas al día durante una semana.Al final de la semana, los ratones tratados tenían una señal GFAP más débil que los grupos de control, que incluían ratones que no fueron tratados y los que recibieron un parche de nanocables pero no estuvieron expuestos al campo electromagnético. En algunos casos, los ratones tratados no teníanSeñal GFAP.
No se estudió si la reducción de astrocitos tuvo un impacto significativo en la curación de la médula espinal o en los resultados funcionales. Además, la concentración de fármaco mantenida durante el tratamiento no se conoce porque está por debajo de los límites de detección sistémica, dijo Borgens.
"Este método permite que una dosis muy, muy pequeña de un medicamento sirva efectivamente como una gran dosis justo donde la necesita", dijo Borgens. "Para cuando el medicamento se difunde desde el sitio hacia el resto del cuerpo,está en cantidades que son indetectables en las pruebas habituales para controlar la concentración de fármacos en el torrente sanguíneo ".
El polipirrol es un material inerte y biocompatible, pero el equipo está trabajando para crear una forma biodegradable que se disuelva una vez finalizado el período de tratamiento, dijo.
El equipo también está tratando de aumentar la profundidad a la que funcionará el dispositivo de administración de medicamentos. El sistema actual parece estar limitado a una profundidad en el tejido de menos de 3 centímetros, dijo Gao.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Purdue . Original escrito por Elizabeth K. Gardner. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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