Los ingenieros han diseñado pequeños robots que pueden ayudar a las nanopartículas de suministro de medicamentos a salir del torrente sanguíneo hacia un tumor u otro sitio de la enfermedad. Los microrobots magnéticos podrían ayudar a superar uno de los mayores obstáculos para administrar medicamentos con nanopartículas: conseguirlospara salir de los vasos sanguíneos y acumularse en el lugar correcto.
Los ingenieros del MIT han diseñado pequeños robots que pueden ayudar a las nanopartículas de suministro de drogas a salir del torrente sanguíneo hacia un tumor u otro sitio de la enfermedad. Como manualidades en "Fantastic Voyage" - una película de ciencia ficción de los años 60 en la que un equipo de submarinosse encoge de tamaño y deambula por el cuerpo para reparar las células dañadas: los robots nadan a través del torrente sanguíneo, creando una corriente que arrastra las nanopartículas junto con ellas.
Los microrobots magnéticos, inspirados en la propulsión bacteriana, podrían ayudar a superar uno de los mayores obstáculos para administrar medicamentos con nanopartículas: hacer que las partículas salgan de los vasos sanguíneos y se acumulen en el lugar correcto.
"Cuando coloca nanomateriales en el torrente sanguíneo y los dirige al tejido enfermo, la barrera más grande para que ese tipo de carga útil ingrese al tejido es el revestimiento del vaso sanguíneo", dice Sangeeta Bhatia, profesora de salud de John y Dorothy WilsonCiencias y Tecnología e Ingeniería Eléctrica e Informática, miembro del Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer del MIT y su Instituto de Ingeniería y Ciencia Médicas, y el autor principal del estudio.
"Nuestra idea era ver si se puede usar el magnetismo para crear fuerzas fluidas que empujan las nanopartículas al tejido", agrega Simone Schuerle, ex postdoc del MIT y autora principal del artículo, que aparece en la edición del 26 de abril de Avances científicos .
En el mismo estudio, los investigadores también demostraron que podían lograr un efecto similar utilizando enjambres de bacterias vivas que son naturalmente magnéticas. Cada uno de estos enfoques podría ser adecuado para diferentes tipos de suministro de medicamentos, dicen los investigadores.
pequeños robots
Schuerle, quien ahora es profesora asistente en el Instituto Federal Suizo de Tecnología ETH Zurich, comenzó a trabajar en pequeños robots magnéticos como estudiante graduada en el Laboratorio de Robótica Multiescala de Brad Nelson en ETH Zurich. Cuando vino al laboratorio de Bhatia comoun postdoc en 2014, comenzó a investigar si este tipo de bot podría ayudar a hacer que la entrega de medicamentos de nanopartículas sea más eficiente.
En la mayoría de los casos, los investigadores dirigen sus nanopartículas a sitios de enfermedades que están rodeados de vasos sanguíneos con "fugas", como los tumores. Esto facilita que las partículas ingresen al tejido, pero el proceso de entrega aún no es tan efectivo comoNecesita ser.
El equipo del MIT decidió explorar si las fuerzas generadas por los robots magnéticos podrían ofrecer una mejor manera de expulsar las partículas del torrente sanguíneo hacia el sitio objetivo.
Los robots que Schuerle usó en este estudio tienen 35 centésimas de milímetro de largo, son similares en tamaño a una sola célula y pueden controlarse aplicando un campo magnético externo. Este robot bioinspirado, que los investigadores llaman un "flagelo bacteriano artificial", "consiste en una pequeña hélice que se asemeja a los flagelos que usan muchas bacterias para propulsarse. Estos robots se imprimen en 3D con una impresora 3D de alta resolución y luego se recubren con níquel, lo que los hace magnéticos.
Para probar la capacidad de un solo robot para controlar nanopartículas cercanas, los investigadores crearon un sistema microfluídico que imita los vasos sanguíneos que rodean los tumores. El canal en su sistema, de entre 50 y 200 micras de ancho, está revestido con un gel que tiene agujeros parasimula los vasos sanguíneos rotos que se ven cerca de los tumores.
Usando imanes externos, los investigadores aplicaron campos magnéticos al robot, lo que hace que la hélice gire y nade a través del canal. Debido a que el fluido fluye a través del canal en la dirección opuesta, el robot permanece estacionario y crea una corriente de convección, que empuja 200-nanómetro de partículas de poliestireno en el tejido modelo. Estas partículas penetraron el doble en el tejido que las nanopartículas entregadas sin la ayuda del robot magnético.
Este tipo de sistema podría incorporarse potencialmente en stents, que son estacionarios y serían fáciles de identificar con un campo magnético aplicado externamente. Tal enfoque podría ser útil para administrar medicamentos para ayudar a reducir la inflamación en el sitio del stent, Bhatiadice.
Enjambres bacterianos
Los investigadores también desarrollaron una variante de este enfoque que se basa en enjambres de bacterias magnetotácticas naturales en lugar de microrobots. Bhatia ha desarrollado previamente bacterias que pueden usarse para administrar medicamentos contra el cáncer y diagnosticar el cáncer, explotando la tendencia natural de las bacterias a acumularse ensitios de enfermedades.
Para este estudio, los investigadores usaron un tipo de bacteria llamada Magnetospirillum magneticum que produce naturalmente cadenas de óxido de hierro. Estas partículas magnéticas, conocidas como magnetosomas, ayudan a las bacterias a orientarse y encontrar sus ambientes preferidos.
Los investigadores descubrieron que cuando pusieron estas bacterias en el sistema microfluídico y aplicaron campos magnéticos giratorios en ciertas orientaciones, las bacterias comenzaron a girar en sincronía y moverse en la misma dirección, arrastrando las nanopartículas que estaban cerca. En este caso,Los investigadores descubrieron que las nanopartículas se introducían en el tejido modelo tres veces más rápido que cuando las nanopartículas se administraron sin ninguna ayuda magnética.
Este enfoque bacteriano podría ser más adecuado para la administración de fármacos en situaciones como un tumor, donde el enjambre, controlado externamente sin la necesidad de retroalimentación visual, podría generar fuerzas fluídicas en los vasos de todo el tumor.
Bhatia dice que las partículas que los investigadores usaron en este estudio son lo suficientemente grandes como para transportar grandes cargas útiles, incluidos los componentes necesarios para el sistema de edición del genoma CRISPR. Ahora planea colaborar con Schuerle para desarrollar aún más estos dos enfoques magnéticos paraprueba en modelos animales.
La investigación fue financiada por la Swiss National Science Foundation, la Branco Weiss Fellowship, los National Institutes of Health, la National Science Foundation y el Howard Hughes Medical Institute.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :