Tumores que viajan a los pulmones, o metástasis pulmonares, plantean un desafío formidable en el ámbito del tratamiento del cáncer. Quimioterapia convencional a menudo se queda corto porque es ineficiente. No se dirige directamente a los pulmones y se acumula en una concentración lo suficientemente alta como para matar tumores.
Mis colegas y yo desde el laboratorio wang y Grupo de Investigación Zhang en la Universidad de California en San Diego han pasado los últimos cinco años desarrollando microrobots biohíbridospequeños objetos fabricados con materiales tanto naturales como sintéticos, que pueden utilizarse en medicina.
En nuestra investigación recientemente publicada, hicimos un Microrobot biohíbrido basado en microalgas verdes que puede administrar quimioterapia directamente al pulmón y tratar metástasis pulmonares.
Las microalgas pueden nadar por tu cuerpo. CSIRO/Wikimedia Commons, CC BY-SA
Entrega de medicamentos de algas
Microrobots sintéticos Generalmente están hechos de estructuras metálicas o poliméricas rígidas que son difíciles de fabricar. No pueden acceder a ciertos órganos y tejidos y pueden ser tóxicos para los humanos.
Las microalgas superan estas preocupaciones. Para uno, Las microalgas pueden moverse de forma autónoma. mediante el uso de un apéndice parecido a un pelo llamado flagelo para impulsarse a través de órganos como los pulmones. Ellos son menos toxico en comparación con otros microorganismos. Ellos son también más barato y más fácil de producir.
Nuestro microrobot biohíbrido, llamado robot de algas NP(DOX)– combina microalgas verdes vivas y microscópicas comúnmente utilizadas en productos farmacéuticos, Chlamydomonas reinhardtii, con nanopartículas recubiertas de membranas de glóbulos rojos. Las membranas celulares actúan como un “camuflaje” natural para mejorar la biocompatibilidad del microrobot y evitar que sea atacado por el sistema inmunológico del paciente. Dentro de las nanopartículas hay un tipo común de fármaco de quimioterapia llamado doxorrubicina.
Probamos nuestros microrobots basados en algas en ratones con metástasis pulmonares. Al administrar estos microrobots basados en algas a través de la tráquea, podríamos transportar el fármaco directamente a los pulmones y minimizar los efectos secundarios en otros órganos. Una vez en los pulmones, nuestro microrobot basado en algas podría nadar y distribuir el fármaco por el tejido pulmonar. También podría evadir la destrucción por parte de las células inmunes en los pulmones, permitiendo que el fármaco se libere gradualmente de las nanopartículas.
Los investigadores utilizaron previamente sus microrobots basados en algas para tratar la neumonía.
En comparación con las nanopartículas cargadas de fármacos libres y estáticas que no pueden moverse por sí solas, nuestros microrobots biohíbridos se acumularon en mayores concentraciones y se retuvieron por más tiempo en los pulmones.
Al administrar quimioterapia de manera más efectiva a los tejidos pulmonares enfermos, nuestros microrobots biohíbridos mejoraron significativamente los resultados terapéuticos al reducir los tumores de pulmón y extender la supervivencia de los ratones tratados. Los ratones tratados con nuestros microrobots basados en algas experimentaron un aumento del 40 % en el tiempo medio de supervivencia, extendiendo la supervivencia de 27 a 37 días.
Las células inmunes eventualmente descomponen los microrobots en componentes no tóxicos y los eliminan por completo del cuerpo.
Tratamientos de bioingeniería
Nuestros hallazgos muestran que los microrobots biohíbridos presentan un enfoque poderoso para administrar medicamentos a los pulmones para tratar enfermedades pulmonares.
Anteriormente utilizamos nuestra plataforma de microrobot de microalgas verdes para tratar neumonía pulmonar aguda. Ahora nos centramos en el tratamiento de otras enfermedades difíciles relacionadas con los pulmones, como la fibrosis quística y la fibrosis pulmonar idiopática.
También estamos trabajando en la construcción de una forma de implementar nuestros microrobots biohíbridos de forma más eficaz y no invasiva. Integrar estrategias adicionales de control de movimiento, como guía magnética o captura ultrasónicapodría mejorar la acumulación de fármacos en sitios específicos del cuerpo.
Pasará algún tiempo antes de que nuestros microrobots biohíbridos aparezcan en la clínica. Pero, en general, combinar microalgas vivas con nanopartículas recubiertas de membranas celulares para administrar medicamentos puede ayudar a sentar las bases para tratamientos contra el cáncer mediante bioingeniería.
Zhengxing Li es un doctorado. Candidato en Ciencia e Ingeniería de Materiales en la Universidad de California, San Diego. Este artículo se republica desde La conversación debajo de Licencia Creative Commons. Leer el artículo original.