El método de los investigadores de UT Dallas utiliza luz y nanopartículas para cascar uniones estrechas

Hacer que los medicamentos atraviesen los vasos sanguíneos únicos y protectores del cerebro, conocida como barrera hematoencefálica, es uno de los mayores desafíos en el tratamiento de enfermedades del cerebro y del sistema nervioso central, dijo el Dr. Zhenpeng Qin, profesor asociado de ingeniería mecánica en UT Dallas y compañía. Autor para correspondencia del estudio que describe el método. La técnica utiliza luz y nanopartículas para abrir temporalmente estas barreras, llamadas uniones estrechas, para permitir que los fármacos alcancen su objetivo.

Qin y sus colegas de la Escuela de Ingeniería y Ciencias de la Computación Erik Jonsson y otras instituciones demostraron el enfoque en ratones en un estudio publicado en línea el 13 de septiembre en la revista. Nano letras.

Los investigadores sintetizaron nanopartículas de oro para apuntar específicamente a la unión estrecha y demostraron que la estimulación láser transcraneal de picosegundos de las nanopartículas después de la inyección intravenosa aumenta la permeabilidad de la barrera hematoencefálica. (Crédito de la ilustración: Nano Letters)

Los hallazgos son el resultado de cinco años de investigación financiada en parte por el Instituto de Investigación y Prevención del Cáncer de Texas (CPRIT). Qin dijo que el enfoque podría conducir a tratamientos para tumores cerebrales y la enfermedad de Lou Gehrig, también conocida como esclerosis lateral amiotrófica; ayuda en la recuperación del accidente cerebrovascular; y administrar terapia génica. Qin dijo que se necesita un mayor desarrollo y pruebas antes de que pueda usarse en humanos.

«Enfoques para aumentar la barrera hematoencefálica [BBB] la permeabilidad es esencial para el avance de las terapias para las enfermedades del sistema nervioso central ”, dijo Xiaoqing Li, coautor principal del artículo y estudiante de doctorado en ingeniería biomédica en UT Dallas.

La técnica consiste en inyectar nanopartículas de oro que absorben la luz en el torrente sanguíneo para atacar la barrera hematoencefálica. Los investigadores aplican externamente pulsos láser de picosegundos (una billonésima de segundo) para activar las nanopartículas de oro.

«La acción produce una pequeña fuerza mecánica que rompe temporalmente la barrera para que un fármaco pueda entrar en el torrente sanguíneo del cerebro», dijo Li.

El estudio mostró que la técnica no dañó la barrera hematoencefálica ni la constricción y dilatación de los vasos sanguíneos, lo que se denomina vasomoción.

«Hemos demostrado que la permeabilidad de la BBB se puede modular sin una alteración significativa de la vasomoción espontánea o la estructura de la unidad neurovascular», dijo el Dr. Qi Cai, investigador asociado en ingeniería mecánica y coautor del artículo.

En sus experimentos, los investigadores probaron el método con una gran cantidad de anticuerpos, liposomas y vectores virales adenoasociados, que pueden usarse para transportar componentes de modificación genética.

En agosto, Qin recibió una cuarta subvención CPRIT para investigar si el método se puede utilizar para tratar el glioblastoma, el tumor cerebral maligno más común en adultos. Él y su equipo tienen como objetivo diseñar y producir nanopartículas magnéticas que puedan estimularse para destruir la barrera hematoencefálica mediante campos magnéticos.

«El apoyo de CPRIT ha sido fundamental en nuestro trabajo», dijo Qin, quien recibió subvenciones de la agencia estatal, el segundo programa de investigación y prevención del cáncer más grande del mundo, en 2016, 2018 y 2019. «Cuando comenzamos, tuvimos una idea , básicamente para usar nanopartículas para atacar componentes específicos de la barrera hematoencefálica con lesiones mínimas «.

los Nano letras El estudio involucró a un equipo interdisciplinario global de investigadores que incluyó a la Dra. Heather Hayenga y al Dr. Shashank Sirsi, ambos profesores asistentes de bioingeniería en UT Dallas. Otros coautores de UT Dallas incluyeron al Dr. Xiuying Li y el Dr. Hejian Xiong, investigadores de ingeniería mecánica; y Peiyuan Kang PhD’20, ahora becario postdoctoral en la Escuela de Medicina de Harvard.

Otros colaboradores incluyeron investigadores de UT Southwestern Medical Center: el autor correspondiente, el Dr. Robert Bachoo, profesor asociado de neurología y medicina interna; Dr. Vamsidhara Vemireddy, coautor; y el Dr. Edward Pan, profesor asociado de neurología y cirugía neurológica y jefe de sección de neurooncología.

La colaboración también incluyó a investigadores de la Fundación Italiana para la Investigación del Cáncer, el Instituto de Oncología Molecular, el Instituto Smurfit de Genética del Trinity College de Dublín y la Universidad de California en San Diego.

Además de CPRIT, la financiación de la investigación provino de la Asociación Estadounidense del Corazón, los Institutos Nacionales de Salud, el Consejo Europeo de Investigación y la Fundación Cariplo.