Las vesículas, como las células vivas, son "sacos" de fluido encerrados en la membrana que pueden amortiguar la carga molecular, como los medicamentos farmacéuticos. Si un fármaco se encapsula con éxito en un portador de vesículas y el portador permanece intacto, puede administrarse directamente para fines terapéuticos.tratamiento. Dentro del huésped, las vesículas protegen la carga del medicamento y pueden dirigirse de manera eficiente a las células receptoras para administrar los medicamentos de manera segura. Este tipo de suministro "dirigido" proporciona ventajas sobre métodos de tratamiento más extremos como la quimioterapia, que puede dañar las células sanas en el huésped.
Un gran desafío que enfrenta la entrega de medicamentos dirigida hoy en día es "cargar" un medicamento de manera eficiente en un portador sin comprometer la integridad estructural del portador. Un método recientemente propuesto y prometedor es deformar mecánicamente un portador apretándolo a través de una estrecha restricción de microescala.La deformación mecánica crea poros transitorios en la membrana portadora, también conocida como "mecanoporación", para mejorar la permeabilidad de la membrana a las macromoléculas y promover la absorción eficiente de medicamentos.
Aunque este método es prometedor, existen riesgos asociados con la ruptura de la membrana cuando el portador se deforma.
Durante la 88ª Reunión Anual de la Sociedad de Reología, que se celebrará del 12 al 16 de febrero en Tampa, Florida, Joseph Barakat, candidato a doctorado en ingeniería química en la Universidad de Stanford, presentará su trabajo para desarrollar un modelo para la compresión de vesículas quepuede usarse para predecir y optimizar los procedimientos de carga de drogas.
"Un modelo preciso puede tener un poder predictivo increíble y evitar la necesidad de un conjunto exhaustivo de experimentos, que pueden ser prohibitivos en cuanto a costo o tiempo", explicó. "Con este fin, mi objetivo es proporcionar criterios de diseño racionales parala delicada manipulación de los portadores de drogas para cargar eficientemente las moléculas farmacéuticas sin romper la membrana del portador ".
El trabajo de Barakat es apoyado por la National Science Foundation bajo la supervisión del profesor Eric Shaqfeh, cuyo grupo de investigación ha adoptado un enfoque fundamental para modelar las vesículas en el flujo de fluidos.
El modelo tiene en cuenta las ecuaciones de flujo de fluido y la mecánica de la membrana. Estas ecuaciones son complicadas y, en general, requieren una computadora para su solución ". A partir de las simulaciones de mi computadora, predigo qué tan rápido se mueve una vesícula en respuesta a una aplicación aplicada", explicó Barakat." Estas métricas son importantes para la manipulación práctica de las vesículas.
El verdadero significado del trabajo de Barakat es que, si bien la compresión de células ha recibido una atención limitada en la literatura científica, ha logrado resolver algunos problemas pendientes.
Primero, se le muestra cómo la tensión de la membrana aumenta con el confinamiento del flujo, lo que tiene implicaciones para la absorción del fármaco. "Esto implica que desinflar moderadamente una vesícula, a través de un desequilibrio osmótico suave, puede evitar la ruptura durante la compresión", señaló Barakat.
Barakat también identificó el "umbral geométrico" para la ruptura de la membrana vesicular como un diámetro mínimo del canal. "Este umbral, que depende de la forma y tamaño de la vesícula, puede usarse para elegir las dimensiones apropiadas para un aparato exprimidor de vesículas, en interésde evitar la ruptura ", dijo.
Una de las aplicaciones directas para el trabajo de Barakat es el diseño racional de dispositivos microfluídicos para la mecanización de vesículas y la posterior absorción de drogas. "Mis predicciones permitirán un diseño más inteligente de dispositivos microfluídicos para atrapar y deformar vesículas de cualquier tamaño y forma con razonable facilidad yalto rendimiento ", dijo Barakat.
Más allá de esto, su trabajo proporciona los requisitos de potencia presión impulsora, los modos anticipados de falla ruptura de la membrana y cómo evitar la falla. "La aplicación más amplia de mi teoría es predecir cómo se comportan las células bajo confinamiento", explicó Barakat.Esto es importante para predecir la invasión de las células cancerosas a través de redes porosas dentro del cuerpo, en términos de qué tan rápido se mueven las células y cuánta resistencia encuentran. Las respuestas a estas preguntas pueden usarse para retrasar la metástasis del cáncer.
El trabajo futuro de Barakat se centrará en extender su teoría para incorporar un modelo de permeación de drogas a través de la membrana que tenga en cuenta la tensión de la membrana, y este modelo, dijo Barakat, "podría compararse con las mediciones existentes con moléculas marcadas con fluorescencia que se cargan enun narcotraficante: acercando el modelo a la aplicación directa "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Americano de Física AIP . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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