Los ingenieros biomédicos de Johns Hopkins informan que han descubierto una forma no invasiva de liberar y administrar cantidades concentradas de un medicamento al cerebro de las ratas de forma temporal y localizada mediante ultrasonido. El método primero "enjaula" un medicamento dentro de un pequeño biodegradableLas "nanopartículas" activan su liberación a través de ondas sonoras dirigidas con precisión, como las que se utilizan para crear imágenes de órganos internos sin dolor y de manera no invasiva.
Debido a que la mayoría de las drogas psicoactivas podrían administrarse de esta manera, así como muchos otros tipos de drogas, los investigadores dicen que su método tiene el potencial de avanzar en muchas terapias y estudios de investigación dentro y fuera del cerebro.
También dicen que su método debería minimizar los efectos secundarios de un medicamento porque la liberación del medicamento se concentra en un área pequeña del cuerpo, por lo que la cantidad total de medicamento administrado puede ser mucho menor. Y porque los componentes individuales de la tecnología:incluido el uso de biomateriales específicos, ultrasonido y medicamentos aprobados por la FDA, que ya se han probado en personas y se ha encontrado que son seguros, los investigadores creen que su método podría ponerse en uso clínico más rápido de lo habitual: esperan comenzar la reglamentaciónproceso de aprobación dentro del próximo año o dos.
"Si más pruebas de nuestro método de combinación funcionan en humanos, no solo nos dará una manera de dirigir los medicamentos a áreas específicas del cerebro, sino que también nos permitirá aprender mucho más sobre la función de cada área del cerebro".dice Jordan Green, Ph.D., profesor asociado de ingeniería biomédica, que también es miembro del Centro de Cáncer Kimmel y el Instituto de Nanobiotecnología.
Los detalles de la investigación se publican el 23 de enero en la revista Nano letras .
La nueva investigación, dice Green, fue diseñada para promover aún más los medios de llevar medicamentos de manera segura al cerebro, un órgano delicado y desafiante para tratar. Para protegerse de agentes infecciosos y de la inflamación que puede ser causada por el sistema inmunePor ejemplo, el cerebro está rodeado por una cerca molecular, llamada barrera hematoencefálica BBB, que recubre la superficie de cada vaso sanguíneo que alimenta al cerebro. Solo las moléculas de fármacos muy pequeñas que se disuelven en aceite pueden atravesar la cerca., junto con los gases. Debido a esto, la mayoría de los medicamentos desarrollados para tratar los trastornos cerebrales se ajustan a esos criterios, pero se dispersan a todas las partes del cerebro, y al resto del cuerpo, donde pueden ser innecesarios y no deseados.
Raag Airan, MD, Ph.D., profesor asistente de radiología en el Centro Médico de la Universidad de Stanford y coautor del artículo, dice: "Cuando se trabaja con un paciente que tiene un trastorno de estrés postraumático, por ejemplo, seríasea agradable calmar la parte hiperactiva del cerebro, por ejemplo, la amígdala, durante las sesiones de terapia de conversación.Las tecnologías actuales pueden, en el mejor de los casos, calmar la mitad del cerebro a la vez, por lo que son demasiado inespecíficas para ser útiles en esteajuste."
En el nuevo estudio, los investigadores se inspiraron en el uso previo de nanopartículas y ultrasonido para administrar medicamentos quimioterapéuticos a los tumores debajo de la piel. En sus últimos experimentos, el grupo de Green diseñó nanopartículas con una "jaula" expansible externa hecha de un plástico biodegradable, cuyos componentes moleculares son amantes del petróleo en un extremo y amantes del agua en el otro. Los extremos amantes del petróleo se unen y forman una esfera expansible con los extremos amantes del agua en el exterior. Los extremos amantes del petróleo unen la drogapara ser entregado, que en este caso era propofol, un anestésico comúnmente utilizado para tratar las convulsiones en las personas.
El centro de la jaula se llenó con el perfluoropentano líquido. Cuando las ondas sonoras de ultrasonido, que se administran de manera no invasiva a través del cuero cabelludo y el cráneo con dispositivos aprobados por la FDA, golpean el perfluoropentano en el centro de las nanopartículas, el líquido se transforma en ungas, expandiendo la jaula circundante y dejando escapar el propofol.
Antes de probar su idea en animales, Green y sus colegas afinaron su protocolo de ultrasonido probando nanopartículas en tubos de plástico, buscando identificar pulsos de la potencia y frecuencia correctas para liberar cantidades adecuadas de la droga sin ser lo suficientemente fuertes como para dañar elBBB, un efecto conocido del ultrasonido de alta potencia.
También probaron la distribución de las nanopartículas en ratas agregando un tinte fluorescente a las partículas y midiendo la cantidad de tinte encontrado en muestras de sangre y órganos a lo largo del tiempo. La mayoría de las partículas terminaron en el bazo y el hígado, que sonimportantes órganos de limpieza en el cuerpo. Como era de esperar, no se encontraron partículas en el cerebro porque son demasiado grandes para pasar a través del BBB. En cambio, los investigadores confiaban en la capacidad del propofol para pasar a través del BBB una vez liberado localmente de las nanopartículas.
Para ver si su método podría proporcionar alivio médico a los animales vivos, le dieron a las ratas un medicamento que causa convulsiones, seguido de las nanopartículas cargadas de propofol. Usaron IRM para guiar su aplicación del ultrasonido en el cerebro de la rata y así liberarel fármaco de las nanopartículas que flotan a través de los vasos sanguíneos infiltrantes. Tan pronto como aplicaron el ultrasonido, la actividad de las ratas se calmó.
"Estos experimentos muestran la efectividad de este método para manipular la función de las células cerebrales a través del suministro preciso de medicamentos", dice Green. "En los humanos, las máquinas de ultrasonido pueden apuntar a un volumen tan pequeño como unos pocos milímetros en cubos, menos de unodiezmilésima parte del cerebro "
Airan, que estaba haciendo su beca y residencia en el Hospital Johns Hopkins durante el estudio, dice que una de las aplicaciones más prometedoras e inmediatas de la nueva tecnología podría ser el "mapeo cerebral" requerido antes de muchas neurocirugía. Antes de un cirujanocorta en el cerebro para extraer un tumor, por ejemplo, él o ella necesita saber dónde no cortar ". Actualmente, eso requiere mantener al paciente despierto, mientras el cirujano expone el cerebro y lo prueba con electrodos mientras evalúa las respuestas. El ultrasonidoEl método nos permitiría usar un medicamento como el propofol para 'apagar' brevemente áreas específicas del cerebro, una a la vez, antes de la cirugía, sin nada más invasivo que un pinchazo de aguja ", dice.
Debido a que el ultrasonido, la resonancia magnética y cada componente de las nanopartículas han sido aprobados para otros usos en humanos, los investigadores esperan que los pacientes tengan una breve línea de tiempo, pero reconocen que sus aplicaciones estarán algo limitadas por el costo y la accesibilidad deImagen de resonancia magnética, al menos a corto plazo.
"Nuestro modelo actual requiere imágenes del cerebro en tiempo real mientras se aplica el ultrasonido", dice Airan. "Basado en procedimientos similares que ya hago, eso podría costar hasta $ 30,000 a $ 50,000. Pero estamos trabajando en softwareeso nos permitiría sincronizar una sola imagen de resonancia magnética con el sistema de guía de ultrasonido para disminuir significativamente el costo "
Mientras tanto, los investigadores creen que seguirá siendo clínicamente relevante en muchas situaciones donde se sabe que los efectos de un medicamento duran semanas. También esperan que sea ampliamente utilizado en la investigación del cerebro para estudiar y manipular la función de áreas específicas del cerebrode manera controlada
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Materiales proporcionado por Medicina Johns Hopkins . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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