Los ingenieros están desarrollando nanopartículas que cruzan la barrera hematoencefálica

Los ingenieros están desarrollando nanopartículas que cruzan la barrera hematoencefálica


02/06/2022

(Noticias de Nanowerk) Actualmente, existen pocos tratamientos buenos para el glioblastoma, un tipo agresivo de tumor cerebral con una alta tasa de mortalidad. Una de las razones por las que la enfermedad es tan difícil de tratar es que la mayoría de los medicamentos de quimioterapia no pueden penetrar en los vasos sanguíneos que rodean el cerebro.

Un equipo de investigadores del MIT ahora está desarrollando nanopartículas transportadoras de fármacos que parecen llegar al cerebro de manera más eficiente que los fármacos administrados solos. Usando un modelo de tejido humano que diseñaron que replica con precisión la barrera hematoencefálica, los investigadores demostraron que las partículas podrían penetrar en los tumores y matar las células de glioblastoma.

Muchos tratamientos potenciales para el glioblastoma han tenido éxito en modelos animales, pero luego han fracasado en los ensayos clínicos. Esto sugiere que se necesita una mejor forma de modelado, dice Joelle Straehla, investigadora clínica Charles W. y Jennifer C. Johnson en el Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer del MIT, profesora asociada en la Escuela de Medicina de Harvard y oncóloga pediátrica en el Instituto del Cáncer Dana-Farber. .

«Esperamos que al probar estas nanopartículas en un modelo mucho más realista, podamos ahorrar mucho tiempo y energía desperdiciada intentando cosas en la clínica que no funcionan», dice. «Desafortunadamente, ha habido cientos de estudios con resultados negativos para este tipo de tumor cerebral». Las células tumorales (verde) están rodeadas de células endoteliales (púrpura). Los investigadores del MIT han creado un modelo de tejido que pueden usar para modelar la administración de fármacos a los tumores cerebrales. Las células tumorales (verde) están rodeadas de células endoteliales (púrpura). (Imagen: Cynthia Hajal y Roger D. Kamm (MIT), editado por Chris Straehla)

Straehla y Cynthia Hajal SM ’18, PhD ’21, posdoctoradas en Dana-Farber, son las autoras principales del estudio, que aparece en la procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias («Un modelo microfluídico predictivo de glioblastoma humano para evaluar el tráfico de nanopartículas que penetran la barrera hematoencefálica»). Paula Hammond, profesora del Instituto MIT, jefa del departamento de ingeniería química y miembro del Instituto Koch; y Roger Kamm, Profesor Distinguido de Ingeniería Biológica y Mecánica de Cecil e Ida Green, son los autores principales del artículo.

Modelado de la barrera hematoencefálica

Hace unos años, el laboratorio de Kamm comenzó a trabajar en un modelo de microfluidos del cerebro y los vasos sanguíneos que forman la barrera hematoencefálica.

Debido a que el cerebro es un órgano tan vital, los vasos sanguíneos que lo rodean son mucho más restrictivos que otros vasos sanguíneos del cuerpo para evitar la entrada de moléculas potencialmente dañinas.

Para imitar esta estructura en un modelo de tejido, los investigadores cultivaron células de glioblastoma derivadas de pacientes en un dispositivo de microfluidos. Luego usaron células endoteliales humanas para desarrollar vasos sanguíneos en pequeños tubos que rodeaban la esfera de las células tumorales. El modelo también incluye pericitos y astrocitos, dos tipos de células involucradas en el transporte de moléculas a través de la barrera hematoencefálica.

Mientras trabajaba en este modelo como estudiante de posgrado en el laboratorio de Kamm, Hajal se puso en contacto con Straehla, entonces estudiante de postdoctorado en el laboratorio de Hammond, que estaba interesada en encontrar nuevas formas de modelar la administración de fármacos de nanopartículas al cerebro. Hacer que los medicamentos atraviesen la barrera hematoencefálica es fundamental para mejorar el tratamiento del glioblastoma, que generalmente se trata con una combinación de cirugía, radiación y quimioterapia oral con temozolomida. La tasa de supervivencia de cinco años para la enfermedad es inferior al 10 por ciento.

El laboratorio de Hammond fue pionero en una técnica llamada ensamblaje capa por capa, que les permite crear nanopartículas funcionalizadas en la superficie que transportan fármacos en su núcleo. Las partículas que los investigadores desarrollaron para este estudio están recubiertas con un péptido llamado AP2, que en trabajos anteriores ha demostrado que ayuda a las nanopartículas a cruzar la barrera hematoencefálica. Sin embargo, sin modelos precisos, ha sido difícil estudiar cómo los péptidos ayudaron a transportarlos a través de los vasos sanguíneos y hacia las células tumorales.

Cuando los investigadores administraron estas nanopartículas a modelos de tejido tanto de glioblastoma como de tejido cerebral sano, descubrieron que las partículas recubiertas con el péptido AP2 podían penetrar mucho mejor en los vasos que rodeaban los tumores. También mostraron que el transporte se produjo debido a la unión de un receptor llamado LRP1, que es más común cerca de los tumores que en los vasos cerebrales normales.

Luego, los investigadores llenaron las partículas con cisplatino, un medicamento de quimioterapia de uso común. Cuando estas partículas se recubrieron con el péptido dirigido, pudieron eliminar eficazmente las células tumorales de glioblastoma en el modelo de tejido. Sin embargo, las partículas que no contenían los péptidos terminaron dañando los vasos sanguíneos sanos en lugar de atacar los tumores.

“Observamos un aumento de la muerte celular en los tumores tratados con nanopartículas recubiertas de péptidos en comparación con las nanopartículas desnudas o el fármaco libre. Estas partículas recubiertas mostraron una mayor especificidad para matar el tumor que para matar todo de una manera no específica», dice Hajal.

Partículas más efectivas

Luego, los investigadores intentaron administrar las nanopartículas a ratones, utilizando un microscopio quirúrgico especializado para rastrear el movimiento de las nanopartículas a través del cerebro. Descubrieron que la capacidad de las partículas para cruzar la barrera hematoencefálica era muy similar a lo que habían visto en su modelo de tejido humano.

También demostraron que las nanopartículas recubiertas con cisplatino podían retardar el crecimiento tumoral en ratones, pero el efecto no era tan fuerte como en el modelo de tejido. Esto podría deberse a que los tumores estaban en una etapa más avanzada, dicen los investigadores. Ahora esperan probar otros medicamentos transportados por una variedad de nanopartículas para ver cuál podría tener el mayor impacto. También planean usar su enfoque para modelar otros tipos de tumores cerebrales.

«Este es un modelo que podríamos usar para diseñar nanopartículas más efectivas», dice Straehla. «Hasta ahora solo hemos probado un tipo de tumor cerebral, pero realmente queremos expandir esto y probar con muchos otros, especialmente tumores raros que son difíciles de estudiar porque es posible que no haya tantas muestras disponibles».



Related post

El programa interactivo de los científicos informáticos ayuda a planificar el movimiento para entornos con obstáculos – ScienceDaily

El programa interactivo de los científicos informáticos ayuda a…

Al igual que nosotros, los robots no pueden ver a través de las paredes. A veces necesitan un poco de ayuda…
Anuncio de los ganadores de los premios Databricks Data Team Awards 2022

Anuncio de los ganadores de los premios Databricks Data…

Los premios anuales Databricks Data Team Awards reconocen a los equipos de datos que aprovechan el poder de los datos y…
Anuncio de los finalistas de 2022 para el premio Data Team Visionary Award

Anuncio de los finalistas de 2022 para el premio…

Los premios anuales Databricks Data Team Awards reconocen a los equipos de datos que aprovechan el poder de los datos y…

Leave a Reply

Tu dirección de correo electrónico no será publicada.