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Biomedicina

¿Qué ocurre cuando respiramos nanopartículas?

Un grupo de investigadores observa el movimiento de nanopartículas fluorescentes a través del sistema respiratorio, un avance que podría llevar a la creación de mejores medicamentos.

  • por Jennifer Chu | traducido por Francisco Reyes (Opinno)
  • 16 Noviembre, 2010

Por primera vez, los científicos han logrado hacer un seguimiento del flujo de nanopartículas desde los pulmones al torrente sanguíneo. El trabajo podría permitir el desarrollo de nuevos medicamentos y mostrar cómo la contaminación puede causar problemas respiratorios.

Los investigadores del Centro Médico Beth Israel Deaconess y la Escuela de Salud Pública de Harvard inyectaron nanopartículas fluorescentes en pulmones de ratas y utilizaron imágenes de infrarrojo cercano para ver cómo las partículas se trasladaban a través de sus cuerpos. Después de haber sido inyectadas, los investigadores hicieron un seguimiento de la distancia que lograron recorrer varias nanopartículas de diferente tamaño, forma y carga superficial—así como la rapidez con la que lo hicieron. Descubrieron que las nanopartículas de entre seis y 34 nanómetros de diámetro fueron capaces de atravesar las defensas de los pulmones para llegar a los ganglios linfáticos y el torrente sanguíneo. Esto podría proporcionar valiosas directrices para el diseño de medicamentos basados en nanopartículas.

El minúsculo tamaño de las nanopartículas las hace potencialmente útiles para la distribución de medicamentos. Un medicamento tiene que pasar por las barreras de tejidos y luchar contra las células inmunes para finalmente distribuir su carga terapéutica antes de salir del cuerpo y prevenir una reacción tóxica. Los científicos están manipulando el tamaño, la forma y otras características de las nanopartículas para encontrar la combinación correcta que les ayude a moverse a través del cuerpo efectivamente.

"Existe una curva de aprendizaje por la que todos nosotros estamos pasando", afirma Steven Brody, profesor asociado de medicina en la Escuela de Medicina de la Universidad de Washington. "Si comenzamos a diseñar nanopartículas como vehículos de distribución de medicamentos, tenemos que empezar por entender cuáles son las reglas. Esto empieza a proporcionarnos algunas reglas".

Akira Tsuda, científico principal de investigación en la Escuela de Salud Pública de Harvard, afirma que los pulmones pueden ser un buen punto de entrada para los medicamentos: poseen una delgada y gran superficie a través de la cual los medicamentos pueden acceder al resto del cuerpo. Sin embargo, los pulmones también poseen potentes mecanismos de defensa: las células inmunes están en constante patrullaje en busca de moléculas foráneas que destruir. Hasta ahora, no ha estado exactamente claro cuál es el mecanismo que permite que algunas partículas pasen a través de los pulmones, mientras que otras acaban siendo atrapadas y destruidas. La identificación de estos parámetros podría ayudar a los investigadores a diseñar fármacos más eficaces, y también proporcionar una mejor comprensión de los contaminantes ambientales.

Tsuda se asoció con el experto en la toma de imágenes John Frangioni, de la Escuela Médica de Harvard. Frangioni diseñó el sistema de toma de imágenes utilizado para realizar el seguimiento de las nanopartículas. Hak Soo Choi, instructor de medicina en la Escuela Médica de Harvard, ayudó a diseñar una serie de nanopartículas de puntos cuánticos—pequeños cristales semiconductores—y alteró sistemáticamente su tamaño, forma y carga superficial. Adjuntaron una sonda fluorescente a cada una de las nanopartículas para hacerlas brillar a través del cuerpo al ser observadas con el dispositivo de imágenes de infrarrojo cercano.

Pelham Plastics, un fabricante de dispositivos médicos con sede en New Hampshire, desarrolló un catéter hecho a medida para posicionar las nanopartículas en el pulmón de la rata. El catéter permitió a los investigadores inyectar nanopartículas directamente en el pulmón, manteniendo al mismo tiempo la ventilación pulmonar para simular la respiración.

El equipo hizo el seguimiento del flujo de las nanopartículas en tiempo real, hasta una hora después de la inyección. Tsuda encontró que el tamaño era el factor determinante más importante para pasar a través de los pulmones, seguido de la carga superficial de las nanopartículas. Las partículas menores de seis nanómetros y dipolares (cargadas tanto positiva como negativamente) viajaron desde los pulmones a los ganglios linfáticos y en el torrente sanguíneo en tan sólo unos minutos. Estas mismas partículas se iluminaron en los riñones poco después, lo que implica que fácilmente podrían ser expulsadas del cuerpo. Los resultados se publican en el último número de la revista Nature Biotechnology.

David Edwards, profesor Gordon McKay de práctica de ingeniería biomédica en la Universidad de Harvard, cree que las conclusiones del grupo son un punto de partida para el diseño de vacunas eficaces, que a menudo tienen como objetivo las células inmunes en los ganglios linfáticos. Edwards afirma que sus resultados podrían proporcionar una explicación molecular para el éxito de ciertas vacunas, como por ejemplo la vacuna contra la hepatitis B, compuesta de moléculas en el rango de los seis a los 34 nanómetros. "Esto de pronto clarifica la cuestión sobre qué entra exactamente en el sistema linfático y sobre lo que es posible insertar en el torrente sanguíneo", asegura Edwards.

"Este trabajo abre el camino a nuevos enfoques terapéuticos, no sólo para la distribución local en los pulmones, sino también para la distribución sistémica a través de la administración pulmonar", señala Joseph DeSimone, director de nanomedicina en la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill.

En el futuro, Tsuda y sus colegas planean realizar estudios similares para evaluar el comportamiento de nanopartículas desde las cavidades nasales al cerebro. Esperan definir directrices similares con las que se puedan diseñar y administrar medicamentos por vía intranasal para el tratamiento de trastornos neurológicos.

"Sería interesante utilizar su método para explorar los problemas y las oportunidades provenientes de cruzar la barrera sangre-cerebro a través de la administración intranasal," explica DeSimone.

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