Desde los años 50, los investigadores han estado intentando simular las capacidades de los glóbulos rojos. Estos discos flexibles llevan el oxígeno a lo largo del cuerpo, pasando incluso por los capilares más pequeños para lograr su objetivo. Sin embargo las características físicas de los glóbulos rojos, incluyendo su forma doblemente cóncava, ha hecho que hasta ahora haya sido difícil copiarlos con precisión.

En una investigación publicada el lunes en Proceedings of the National Academy of Sciences, un grupo especializado en el suministro de fármacos ha encontrado la forma de crear unas partículas biodegradables y biocompatibles con el tamaño, la forma y la flexibilidad de los glóbulos rojos. El grupo cree que estas células artificiales podrían ser especialmente efectivas no sólo para transportar oxígeno sino también como agentes terapéuticos y para la toma de imágenes.

“Se han construido más de un millar de polímeros distintos de diferentes tamaños para el suministro de fármacos. Sin embargo, si los observamos en su conjunto, representan el mundo sintético; las partículas tienen una forma correcta y esférica,” afirma Samir Mitragotri, ingeniero químico en la Universidad de California en Santa Barbara, encargado de dirigir el proyecto. “Si nos fijamos en el mundo biológico, la naturaleza utiliza todo tipo de partículas para la distribución de sus propios bienes. Las bacterias, células, y virus están diseñados para llevar a cabo funciones de suministro muy específicas.”

Para crear las células sintéticas, Mitragotri, junto a un grupo de investigadores de la Universidad de Michigan, comenzaron a partir de unas partículas esféricas hechas de un polímero común llamado poli(ácido lactico-co-glicólico) (PLGA), un compuesto conocido por su biocompatibilidad y capacidad de biodegradación. Expusieron las esferas a alcohol desinfectante, lo que provoca que se desinflen y se hundan hasta alcanzar la forma de hoyuelo de un glóbulo rojo. La dureza de la partícula PLGA actúa como molde, alrededor del cual los investigadores pueden depositar capas y capas de proteínas. Después entrecruzan las proteínas para hacer que permanezcan unidas al PLGA, y más tarde disuelven la estructura interior rígida. Es resultado es una carcasa de proteína suave y flexible del tamaño y forma de un glóbulo rojo. Los investigadores también pueden variar las capas de proteínas según proceda, por ejemplo añadiendo hemoglobina, lo que haría que se transportase el oxígeno.

Hasta ahora, Mitragotri ha demostrado que las partículas son lo suficientemente flexibles para comprimirse y fluir a través de tubos del tamaño de capilares, y se pueden incorporar junto a fármacos en prácticamente cada fase del proceso. Su grupo también ha logrado encapsular nanopartículas de óxido de hierro en las células sintéticas, creando un agente de contraste con mucho potencial para la toma de imágenes por resonancia magnética. “Uno se imagina poniendo estas partículas en la sangre y usarlas para visualizar el flujo sanguíneo,” señala Mitragotri.

En líneas generales, nunca he visto nada parecido. Tanto el concepto como los métodos de fabricación que han desarrollado son muy interesantes,” afirma Ali Khademhosseini, ingeniero biomédico en la División de Ciencias de la Salud y Tecnología de Harvard-MIT. “Hay una apreciación cada vez mayor acerca de la importancia de la forma de las partículas para una gran variedad de cosas, como por ejemplo la hidrodinámica de las partículas dentro de un fluido, o cómo interactúan con ellas las distintas entidades biológicas.”

Este tipo de partículas flexibles y potencialmente de larga duración tienen gran potencial para la distribución de fármacos. Sin embargo Mitragotri aún no ha empezado a observar si las células sintéticas son capaces de superar la prueba más difícil: permanecer en la circulación. El hecho de probar que las partículas permanezcan en el flujo sanguíneo y no provoquen un ataque inmune es un paso crítico que requerirá llevar a cabo pruebas en animales.

“En 1996 fabriqué unas partículas similares capaces de cambiar de forma y tamaño,” afirma el investigador de sangre artificial Thomas Chang desde la Universidad McGill en Québec, Canadá. Esas células, afirma, también eran capaces de estrecharse y pasar por los tubos capilares, y eran del tamaño aproximado de los glóbulos rojos. El problema es que incluso las células sintéticas con un tamaño ocho veces menor al de los glóbulos rojos normales fueron purgadas de la sangre en 30 segundos. (En los años 70, los investigadores descubrieron que las partículas de sangre artificial funcionan mejor a tamaños de 200 nanómetros o menos—30 veces más pequeñas que los glóbulos rojos.) “Lo más importante ahora es demostrar que permanecen en circulación,” afirma Chang.

Incluso las partículas sintéticas más avanzadas son eliminadas de la sangre a una velocidad increíblemente rápida. “La nanopartícula en circulación de mayor duración estuvo en la sangre unas 24 horas, por lo que hay que desarrollar una método para que puedan circular en el flujo sanguíneo durante un periodo de tiempo largo,” afirma Jeffrey Karp, profesor de ciencias de la salud y tecnología en Harvard-MIT. Sin embargo la nueva investigación podría ser un gran paso en esa dirección, afirma, si el cuerpo logra mantener las células sintéticas en circulación hasta por dos o tres meses, como ocurre con los glóbulos rojos reales. Karp afirma que los métodos de producción que Mitragotri y sus colegas utilizaron podrían pasarse a una escala mayor sin demasiada dificultad.

Si asumimos que las células logran pasar el test del tiempo en circulación, “creo que cualquiera que estuviese intentando usar un sistema de nanopartículas para la distribución de fármacos o la obtención de imágenes tendría una buena razón para utilizar este tipo de nanopartículas,” afirma Daniel Pack, investigador dentro del campo del suministro de fármacos en la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.

Mitragotri señala que el siguiente paso consistirá en las pruebas con animales. También quiere explorar otras formas de simular los métodos de distribución de la naturaleza. “Empezamos con los glóbulos rojos, pero existen otro métodos que creo que podrían ser de interés, como los virus y las bacterias,” afirma. “Por un lado tenemos el mundo sintético, y por otro el biológico, y nosotros queremos crear el mejor puente posible entre los dos extremos.”