Los ingenieros de UC San Diego han desarrollado robots microscópicos, conocidos como microrobots, capaces de nadar a través de los pulmones para administrar medicamentos contra el cáncer directamente a los tumores metastásicos
Los microrobots son una ingeniosa combinación de biología y nanotecnología. Son un esfuerzo conjunto entre los laboratorios de Joseph Wang y Liangfang Zhang, ambos profesores en el Departamento de Ingeniería Química y Nano de la Universidad de California en San Diego. Este enfoque sido aplicado en ratones, donde inhibió el crecimiento y la propagación de tumores que se habían metastatizado a los pulmones, mejorando así las tasas de supervivencia en comparación con los tratamientos de control.
Para crear los microrobots, los investigadores unieron químicamente nanopartículas llenas de medicamentos a la superficie de células de algas verdes. Las algas, que proporcionan a los microrobots su movimiento, permiten que las nanopartículas naden eficientemente en los pulmones y entreguen su carga terapéutica a los tumores.
Las nanopartículas están hechas de pequeñas esferas poliméricas biodegradables, que están cargadas con el medicamento quimioterapéutico doxorubicina y recubiertas con membranas de glóbulos rojos. Este recubrimiento cumple una función crítica: protege a las nanopartículas del sistema inmunológico, lo que les permite permanecer en los pulmones el tiempo suficiente para ejercer sus efectos antitumorales. «Actúa como un camuflaje», dijo Zhengxing Li, autor principal del estudio y estudiante de doctorado en nanoingeniería en los grupos de investigación de Wang y Zhang. «Este recubrimiento hace que la nanopartícula parezca un glóbulo rojo del cuerpo, por lo que no provocará una respuesta inmune.»
Esta formulación de algas que transportan nanopartículas es segura, señalaron los investigadores. Los materiales utilizados para hacer las nanopartículas son biocompatibles, mientras que las algas verdes empleadas, Chlamydomonas reinhardtii, son reconocidas como seguras para su uso por la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos.
Este estudio se basa en trabajos anteriores de los equipos de Wang y Zhang que usaron microrobots similares para tratar la neumonía mortal en ratones. «Esos fueron los primeros microrobots que se probaron de manera segura en los pulmones de animales vivos», dijo Wang.
En trabajos anteriores, los microrobots lucharon contra la propagación de bacterias que causan neumonía utilizando una combinación diferente de medicamentos y membranas celulares para las nanopartículas. Al ajustar estos componentes, el equipo ahora ha adaptado los microrobots para combatir la propagación de células cancerosas en los pulmones. «Demostramos que esta es una tecnología de plataforma que puede entregar de manera activa y eficiente terapéuticos en todo el tejido pulmonar para combatir diferentes tipos de enfermedades mortales en los pulmones», dijo Zhang.
En el estudio actual, los ratones con melanoma que se había metastatizado a los pulmones fueron tratados con los microrobots, que se administraron a los pulmones a través de un pequeño tubo insertado en la tráquea. Los ratones tratados experimentaron un tiempo de supervivencia medio de 37 días, una mejora sobre los 27 días observados en los ratones no tratados, así como en los ratones que recibieron solo el medicamento o las nanopartículas llenas de medicamentos sin algas.
«El movimiento activo de natación de los microrobots mejoró significativamente la distribución del medicamento en el tejido pulmonar profundo, al tiempo que prolongó el tiempo de retención», dijo Li. «Esta distribución mejorada y el tiempo de retención prolongado nos permitieron reducir la dosis de medicamento requerida, lo que potencialmente reduce los efectos secundarios mientras se mantiene una alta eficacia de supervivencia».
En el futuro, el equipo está trabajando en avanzar este tratamiento con microrobots a ensayos en animales más grandes, con el objetivo final de realizar ensayos clínicos en humanos.
REFERENCIA
Imagen: Imagen SEM coloreada de un microrobot hecho de una célula de alga (verde) cubierta con nanopartículas llenas de medicamentos (naranja) recubiertas con membranas de glóbulos rojos. Barra de escala: 2 µm. Crédito: Zhengxing Li
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