yoLos pulmones son un objetivo importante para la metástasis del cáncer. Los métodos tradicionales de administración de medicamentos se basan en la difusión pasiva, pero José Wang y Liangfang ZhangAmbos nanoingenieros de la Universidad de California en San Diego querían probar sistemas activos y específicos. En un nuevo estudio, el dúo exploró el potencial de usar algas verdes, Chlamydomonas reinhardtiicomo un Plataforma prometedora para la administración de medicamentos porque se autopropulsa, transporta carga en su superficie y es biocompatible.1 “Esta propulsión activa juega un papel importante en la mejora de la eficacia”, afirmó Zhang.
Joseph Wang, un bioingeniero de la Universidad de California en San Diego, combina su experiencia en robótica con su colega de muchos años Liangfang Zhang.
Universidad de California, San Diego
Su recomendacionespublicado en Avances científicosdescribieron el desarrollo de microrobots biohíbridos a partir de algas verdes cargadas con fármacos quimioterapéuticos que redujeron la carga de metástasis pulmonar y prolongaron el tiempo de supervivencia en ratones.2 Mejorar las microalgas con funcionalidades adicionales podría mejorar aún más las estrategias de administración de fármacos.
“Las algas verdes actúan como una nave nodriza”, explicó Zhang. “Transportan cientos o miles de nanopartículas cargadas con moléculas de fármacos”.
Los investigadores desarrollaron microrobots mediante la adhesión química de nanopartículas (NP) a la superficie de las células de las algas. Las nanopartículas eran esferas de polímero biodegradable rellenas con el fármaco quimioterapéutico doxorrubicina (DOX) y recubiertas con membranas de glóbulos rojos. [NP(DOX)]Esta capa de membrana celular protegió la carga del fármaco del sistema inmunológico.
Luego, el equipo caracterizó los robots NP(DOX) de algas y utilizó microscopía fluorescente y electrónica de barrido para confirmar que las nanopartículas se habían acoplado con éxito a las microalgas. Al comparar los robots NP(DOX) y los robots NP(DOX) de algas, los microrobots inhibieron con mayor eficacia el crecimiento y la proliferación de células cancerosas.
A continuación, probaron la eficacia terapéutica de los biorobots en ratones a lo largo del tiempo. “Cuando se administran dosis en los pulmones… este sistema robótico se activa cuando los ratones empiezan a nadar en el líquido pulmonar”, explicó Zhang. Administraron a los ratones 70 microgramos de una dosis de 75 microgramos de DOX en los pulmones y descubrieron que una mayor cantidad de los fármacos de los robots de algas-NP(DOX) permanecían en los pulmones después de 24 horas.
Liangfang Zhang, un bioingeniero de la Universidad de California en San Diego, fusiona su liderazgo en administración de fármacos y nanomedicina con la experiencia en robótica de Wang.
Universidad de California, San Diego
El siguiente desafío fue determinar cómo se eliminarían los microrobots del cuerpo. Después de 24 horas de incubación con macrófagos alveolares murinos, solo se absorbió el 25 por ciento de DOX de los microrobots de algas-NP(DOX), en comparación con el 70 por ciento de las nanopartículas. Los investigadores sugieren que la motilidad de las microalgas permitió una penetración más profunda en los pulmones y una retención prolongada del fármaco.
Luego, probaron los microrobots en ratones con melanoma con metástasis pulmonar, administrándoles cuatro dosis de 75 microgramos de DOX durante una semana. Los resultados de bioluminiscencia indicaron que los microrobots de algas-NP(DOX) inhibieron la metástasis de manera más efectiva y extendieron la supervivencia media de 27 a 37 días en comparación con el fármaco libre o NP(DOX) solo.
“Biohíbrido [technology] “Es emocionante porque son medicamentos vivos. Pueden responder a su entorno… definitivamente tienen un potencial enorme”, dijo Yunus Alapanun bioingeniero de la Universidad de Wisconsin-Madison, que no participó en el estudio, señaló su entusiasmo por esta convergencia de la robótica y la biología para crear microrobots que respondan a diferentes microambientes.
Wang y Zhang planean probar la escalabilidad de estos microrobots y explorar sus beneficios terapéuticos en modelos animales más grandes. Además, están investigando otras algas, incluidas las extremófilas que prosperan en condiciones adversas, para adaptar las diversas propiedades de las algas a aplicaciones específicas. “Las posibilidades son ilimitadas. Imagínese una navaja suiza multifuncional [microrobot] “Es decir, 20 micrómetros… todo ello sin ninguna batería ni electrónica”, comentó Wang.