Los médicos tienen un poderoso arsenal de medicamentos de quimioterapia contra el cáncer para elegir, aunque un desafío clave es apuntar mejor a estos medicamentos para matar tumores y limitar sus efectos secundarios potencialmente dañinos.
Ahora, los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía Berkeley Lab están ayudando a desarrollar y probar materiales para un nuevo dispositivo que se puede insertar a través de un tubo pequeño en una vena y absorber la mayoría de estos medicamentos como una esponjaEso es después de que un tubo separado administra una dosis más concentrada a los tumores, y antes de que los medicamentos puedan circular ampliamente en el torrente sanguíneo.
Los investigadores dicen que el sistema de captura de drogas también podría aplicarse potencialmente a los tratamientos con antibióticos para combatir infecciones bacterianas peligrosas y limitar sus efectos secundarios.
De la pila de combustible al tratamiento del cáncer
X. Chelsea Chen, un investigador postdoctoral que trabaja en el programa de microscopía electrónica de materia suave en la División de Ciencias de Materiales del Laboratorio Berkeley, había estado investigando membranas de polímeros, que ayudan a que la corriente fluya en una celda de combustible que convierte hidrógeno y oxígeno en electricidad.cuando se enteró del concepto para este nuevo tipo de dispositivo médico.
Ella vio que el dispositivo de captura de drogas propuesto podría beneficiarse de la misma propiedad en el material de la celda de combustible, lo que le permite atraer y capturar ciertas moléculas por su carga eléctrica mientras permite que otros tipos de moléculas fluyan a través de ellas.
"Solíamos usar este material para transportar protones en una celda de combustible", dijo Chen. "Estaba realmente emocionado cuando descubrí que esto podría usarse para la quimioterapia; esto se estaba ramificando en una dirección totalmente diferente".el material polimérico incluye polietileno, que es fuerte y flexible y se usa para bolsas de basura, y otro polímero que contiene ácido sulfónico, que tiene una carga eléctrica negativa.
Ciertos tipos de medicamentos de quimioterapia, como la doxorrubicina, que se usa para tratar el cáncer de hígado, tienen una carga positiva, por lo que el material polimérico atrae y une las moléculas del medicamento ". En nuestros experimentos de laboratorio, el diseño actual puede absorber el 90 por ciento dela droga en 25-30 minutos ", dijo Chen.
Eso es importante, ya que un tratamiento de cáncer de hígado cada vez más popular, conocido como TACE, puede permitir que hasta la mitad de la dosis de quimioterapia llegue al resto del cuerpo a pesar de que tiene la intención de reducir su circulación.
Eliminación de una toxina después del tratamiento del tumor
"La doxorrubicina ha existido durante décadas. Se entiende muy bien y también es muy tóxica", dijo Steven Hetts, profesor asociado de radiología en la Universidad de California en San Francisco y neurorradiólogo intervencionista en el Centro Médico UCSF que concibió elnuevo sistema de tratamiento, llamado ChemoFilter. "Si se expone a demasiado, cuando atraviesa el corazón puede entrar en insuficiencia cardíaca". Por lo tanto, los médicos son muy cuidadosos con la dosis.
Hetts se especializa en el tratamiento de tumores oculares navegando un tubo, llamado catéter, desde la arteria femoral en el muslo hasta la arteria oftálmica que suministra sangre al ojo afectado, y bombeando medicamentos de quimioterapia a través del catéter hasta el tumor.
"Puede obtener concentraciones muy altas de esa quimioterapia en el ojo y concentraciones relativamente bajas en el resto del cuerpo, pero algunas se filtrarán a través del ojo y las venas de la cabeza", dijo Hetts, "para que pueda tenerefectos secundarios de eso "
Hetts comenzó a preguntarse: "¿Hay alguna manera de drenar, eliminar ese exceso de medicamento antes de que tenga efectos secundarios? Si puede eliminar una gran cantidad del medicamento, podría aumentar la dosis del medicamento que puede administrar, para mejorcontrol tumoral y potencialmente una cura, y básicamente podrías eliminar cualquier efecto secundario.
"Se me ocurrió que tal vez podríamos navegar un catéter separado en la vena que drena la sangre y tener un material que retenga cualquier exceso de quimioterapia", dijo.
Si bien los cánceres de ojo que trata son raros, hay varios cientos de niños por año en los EE. UU. Que se ven afectados por este tipo de tumor; vio una necesidad paralela de mejorar las opciones de tratamiento para el cáncer de hígado, que es mucho másgeneralizado: es la tercera causa de muerte por cáncer a nivel mundial, con un estimado de medio millón de casos nuevos cada año.
Llevar un dispositivo médico del tablero de dibujo al mercado
En 2013, su personal contactó a Nitash Balsara, un científico sénior en Berkeley Lab y profesor de ingeniería química en UC Berkeley y director de investigación del programa de microscopía electrónica de materia suave en la división de ciencias de materiales de Berkeley Lab, para perseguir la idea, yChen comenzó a trabajar en materiales basados en el concepto de Hetts. El equipo de investigación recibió una patente para un sistema ChemoFilter en abril.
El dispositivo patentado presenta un marco de metal de níquel-titanio en una matriz plegable de pétalos de flores, unida a una membrana de polímero delgada que se puede expandir desde un catéter para absorber un medicamento. En un estudio preclínico, se insertó un dispositivo ChemoFilter enun cerdo y se descubrió que reduce la concentración máxima del medicamento de quimioterapia doxorrubicina en aproximadamente un 85 por ciento.
Esperamos que el dispositivo encuentre uso en el tratamiento del cáncer humano dentro de un par de años, dijo Hetts.
dispositivos de captura de drogas de próxima generación
Chen y otros investigadores también están trabajando en dispositivos ChemoFilter de próxima generación que usan una combinación diferente de materiales y métodos diferentes para eliminar medicamentos del cuerpo, aunque es probable que demoren más en recibir la aprobación federal para su uso.
Los investigadores de Caltech en Pasadena, California, están trabajando para recubrir las membranas de ChemoFilter con segmentos de ADN que pueden unirse a moléculas de fármacos específicos. "El ADN podría ser excelente para eliminar muchos medicamentos de quimioterapia diferentes", dijo Hetts.
Las membranas también podrían diseñarse para capturar antibióticos para tratar infecciones potencialmente mortales del ántrax y otras bacterias, y también hay muchas aplicaciones en medicina veterinaria, dijo.
Chen utiliza las instalaciones de la fundición molecular de Berkeley Lab para desarrollar polímeros especializados para dispositivos ChemoFilter.
Ella también usa el Centro Nacional de Foundry para Microscopía Electrónica y realiza experimentos de rayos X en la Fuente de Luz Avanzada del laboratorio y en la Fuente de Luz de Radiación Sincrotrón Stanford del Laboratorio Nacional Acelerador SLAC para estudiar la nanoestructura de los materiales poliméricos que desarrolla y para comprender mejor el medicamento-captura mecanismo a escalas microscópicas e informar nuevos diseños.
"Sin estas impresionantes imágenes de Foundry y ALS, no sabríamos cómo optimizar el rendimiento de los materiales", dijo Chen.
"Estamos buscando activamente nuevos materiales y mecanismos" para las membranas de polímero, agregó. Los investigadores están explorando el uso de materiales impresos en 3D, por ejemplo, que pueden recubrirse con partículas cargadas para atraer y unir moléculas de fármacos.
Una tendencia de crecimiento
Stephen Solomon, jefe del Servicio de Radiología Intervencionista del Centro de Cáncer Memorial Sloan Kettering en Nueva York, dijo que la aplicación del procedimiento TACE ha estado aumentando desde finales de los 90, y se ha demostrado que extiende la supervivencia de los pacientes con cáncer de hígado.
Solomon dijo que estaba familiarizado con el concepto general del sistema ChemoFilter: "Uno de los objetivos de cualquier procedimiento que involucre quimioterapia es minimizar la toxicidad fuera del órgano objetivo, y la esperanza de esta tecnología es limitar dicha toxicidad".
Hetts dijo que espera con ansias el desarrollo de más versiones "de vanguardia" de dispositivos ChemoFilter que se adapten a una amplia gama de tratamientos.
"Este proyecto ha avanzado muy bien y estoy realmente impresionado", dijo. "Ha sido una gran experiencia unirnos para crear estos dispositivos, y espero continuarlo".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :