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Nanopartículas utilizadas para romper la barrera de mucosa en los pulmones

Posted by on Ago 6, 2015 | 0 comments

Nanopartículas utilizadas para romper la barrera de mucosa en los pulmones

Investigadores de la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins, la Universidad Johns Hopkins ( Departamento de Química y de Ingeniería Biomolecular ) y la Universidad Federal de Río de Janeiro en Brasil han diseñado una nanopartícula de ADN cargado que puede pasar a través de la barrera mucosa que cubre la pared de las vías respiratorias del tejido pulmonar, dicen, que los genes terapéuticos algún día se entregarán directamente a los pulmones a niveles suficientes para tratar la fibrosis quística, la enfermedad pulmonar obstructiva crónica, asma y otras enfermedades pulmonares potencialmente mortales.

“Hasta donde sabemos, este es el primer sistema de suministro de genes biodegradable que penetra eficazmente la barrera mucosa de las vías respiratorias humanas del tejido pulmonar”, dice el autor del estudio Jung Soo Suk, Ph.D., un ingeniero y miembro de la facultad biomédica en el Centro de Nanomedicina en el Wilmer Eye Institute de Johns Hopkins. Un informe sobre el trabajo apareció en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias el 29 de junio (“(“Highly compacted biodegradable DNA nanoparticles capable of overcoming the mucus barrier for inhaled lung gene therapy”)”).

La barrera de moco protege a los pulmones de materiales extraños y bacterias que entren y / o que puedan infectar a los mismos. En los pulmones sanos, la materia inhalada está atrapada típicamente en el moco de las vías respiratorias y posteriormente es arrastrado desde los pulmones siendo capaces de vencer  las actividades de los cilios, hebras similares a pelos, hasta el estómago para ser finalmente degradado. Desafortunadamente, Suk señala, este mecanismo de protección esencial también evita que muchos productos terapéuticos inhalados, incluyendo la medicina basada en los genes, alcancen su objetivo.

Suk agrega que experimentos de su equipo con la mucosidad de las vías respiratorias humanas y de animales pequeños, fueron diseñados como un estudio de prueba teórico que demuestra que la colocación de los genes correctivos o de reemplazo dentro de una nanopartícula biodegradable, “envoltorio”, hecha por el hombre la cual  los pacientes inhalan podía penetrar la barrera mucosa y un día podrían usarse  para tratar trastornos pulmonares graves. Es más, debido a que una sola dosis podría, teóricamente, durar varios meses, los pacientes experimentarían menos efectos secundarios comunes que los que producen los medicamentos que deben tomarse regularmente durante largos periodos de tiempo.

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Los pacientes con fibrosis quística,  por ejemplo, experimentan una acumulación de exceso de moco causado por deterioro del golpeo ciliar, lo que resulta un caldo de cultivo ideal para la infección bacteriana crónica y la inflamación. Este proceso patogénico no sólo empeora la calidad de vida de los pacientes sino que a menudo los expone a situaciones que amenazan la vida,  pero también hace que la mucosidad de las vías respiratorias sea más difícil de superar por nanopartículas. La mayoría de los medicamentos inhalados existentes para la fibrosis quística ayudan a paliar las infecciones, pero no resuelven los problemas subyacentes de la enfermedad.

Un par de fármacos aprobados recientemente diseñados para apuntar a la causa subyacente de la fibrosis quística requiere tratamiento diario durante toda la vida útil y puede beneficiar solamente una subpoblación de pacientes con tipos específicos de mutaciones. Sin embargo en este estudio,  Suk, ha demostrado que la entrega de copias normales de genes relacionados con fibrosis quística o genes correctivos a través de las nanopartículas cargadas con ADN de moco penetrante podría mediar la producción de las proteínas “funcionales” a largo plazo. Esto eventualmente podría convertirse en una terapia eficaz para los pulmones de los pacientes, independientemente del tipo de mutación.

Hasta la fecha, nadie ha sido capaz de encontrar la manera de entregar de manera eficiente los genes a los pulmones, Suk dice, señalando que los experimentos con virus desactivados han resultado ineficaces y costosos, y podrían dar lugar a efectos secundarios graves. Además, el cuerpo puede desarrollar resistencia a estos sistemas de suministro basados ​​en virus, haciendo que el mecanismo de entrega sea discutible. Alternativamente, numerosos sistemas no virales sintéticos han sido ampliamente probados.

Sin embargo, la investigación anterior había demostrado que la mayoría de las nanopartículas no virales, cargadas con ADN poseen carga positiva que les hace adherirse a entornos biológicos cargados negativamente, en este caso, el moco que cubre las vías respiratorias pulmonares. En otras palabras, las nanopartículas convencionales son demasiado pegajosas para evitar interacciones no deseadas durante su viaje hacia las células diana. Además, estas partículas tienden a agregarse rápidamente en condiciones fisiológicas, haciéndolas demasiado grandes para penetrar la malla de moco de las vías respiratorias.

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Por su diseño, el equipo desarrolló un método simple para cubrir densamente las nanopartículas con un polímero no pegajoso llamado PEG, se neutraliza la carga y se crea un exterior pegajoso. Ellos demostraron que estas nanopartículas conservan sus tamaños en un entorno fisiológico y son capaces de penetrar rápidamente la mucosidad de las vías respiratorias humanas recién recogidas de pacientes que visitan el Programa Johns Hopkins de fibrosis quística en adultos dirigida por Michael Boyle, un co-autor del trabajo.

El equipo también hizo que todo el sistema de entrega sea biodegradable para que no se acumulase dentro del cuerpo. Si el sistema ofrece la transferencia de genes eficiente a los pulmones de los animales, entonces  los investigadores les administran un gen que produce proteínas generadoras de luz, una vez acopladas a las células diana.

Además, demostraron que los pulmones tratados se iluminaron durante un máximo de cuatro meses después de una sola dosis. “Con una dosis, usted puede conseguir la expresión de genes – es decir, la producción de proteínas terapéuticas – durante varios meses”, Suk dice, añadiendo que las nanopartículas no parecen mostrar ningún efecto adverso como el aumento de la inflamación pulmonar. Suk y su equipo advierten que se necesitan más estudios en animales para confirmar y refinar su estudio de pruebas teoricas, y que el tratamiento de los trastornos humanos con terapias de nanocapsulas está todavía lejano.

 

Fuente: Medicina Johns Hopkins

 

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