Un nuevo examen ofrece orientación sobre el tamaño de las nanopartículas que pueden ser más eficaces para detener la hemorragia interna – ScienceDaily

Si bien algunas de estas partículas se han mostrado prometedoras en estudios con animales, ninguna se ha probado aún en pacientes humanos. Una de las razones es la falta de información sobre el mecanismo de acción y la seguridad potencial de estas partículas. Para arrojar más luz sobre estos factores, los ingenieros químicos del MIT han realizado el primer estudio sistemático de cómo las nanopartículas de polímeros de diferentes tamaños circulan en el cuerpo e interactúan con las plaquetas, las células que promueven la coagulación de la sangre.

En un estudio en ratas, los investigadores demostraron que las partículas de tamaño intermedio, de unos 150 nanómetros de diámetro, eran las más eficaces para detener el sangrado. Estas partículas también tenían muchas menos probabilidades de llegar a los pulmones u otros sitios fuera del objetivo, lo que a menudo hacen las partículas más grandes.

«Con los nanosistemas, siempre hay alguna acumulación en el hígado y el bazo, pero nos gustaría que se acumulara más sistema activo en la herida que en estos sitios de filtración en el cuerpo», dice Paula Hammond, profesora del Instituto MIT, directora del departamento. de Ingeniería Química y miembro del Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer del MIT.

Hammond; Bradley Olsen, Alexander e I. Michael Kasser Profesor de Ingeniería Química; y George Velmahos, profesor de cirugía en la Escuela de Medicina de Harvard y jefe de traumatología, cirugía de emergencia y cuidados intensivos quirúrgicos en el Hospital General de Massachusetts, son los autores principales del estudio.

La estudiante graduada del MIT Celestine Hong es la autora principal del artículo, que aparece en la revista. ACS Nano.

Efectos de tamaño

Las nanopartículas que pueden detener el sangrado, también llamadas nanopartículas hemostáticas, se pueden producir de varias maneras. Una de las estrategias más utilizadas es la creación de nanopartículas que consisten en un polímero biocompatible conjugado con una proteína o péptido que atrae a las plaquetas, las células sanguíneas que inician la coagulación de la sangre.

En este estudio, los investigadores utilizaron un polímero conocido como PEG-PLGA, conjugado con un péptido llamado GRGDS, para crear sus partículas. La mayoría de los estudios previos de partículas de polímero para detener el sangrado se han centrado en partículas de entre 300 y 500 nanómetros de tamaño. Sin embargo, pocos estudios, si es que hay alguno, han analizado sistemáticamente cómo el tamaño afecta la función de las nanopartículas.

“Realmente estábamos tratando de ver cómo el tamaño de la nanopartícula afecta sus interacciones con la herida, que es un área que no se ha explorado antes con las nanopartículas de polímero utilizadas como hemostáticos”, dice Hong.

Los estudios en animales han demostrado que las nanopartículas más grandes pueden ayudar a detener el sangrado, pero estas partículas también tienden a acumularse en los pulmones, lo que puede causar una coagulación no deseada allí. En el nuevo estudio, el equipo del MIT analizó una gama de nanopartículas, incluidas las pequeñas (menos de 100 nanómetros), intermedias (140 a 220 nanómetros) y grandes (500 a 650 nanómetros).

Primero, analizaron las partículas en el laboratorio para estudiar cómo interactúan con las plaquetas activas en una variedad de condiciones. Una de sus pruebas midió qué tan bien se unían las partículas a las plaquetas a medida que las plaquetas fluían a través de un tubo. En esta prueba, las nanopartículas más pequeñas produjeron el mayor porcentaje de plaquetas unidas. En otra prueba, midieron qué tan bien podían adherirse las nanopartículas a una superficie cubierta con plaquetas. En este escenario, las nanopartículas más grandes son las mejores.

Luego, los investigadores hicieron una pregunta ligeramente diferente y analizaron qué parte de la masa adherida a la superficie estaba formada por nanopartículas y cuántas eran plaquetas, porque el objetivo final es atraer la mayor cantidad posible de plaquetas. Usando ese punto de referencia, encontraron que las partículas intermedias eran las más efectivas.

«Si atraes un montón de nanopartículas que terminan bloqueando la unión de las plaquetas porque se agrupan entre sí, no es de mucha ayuda. Queremos que las plaquetas entren», dice Hong. «Cuando hicimos ese experimento, descubrimos que el tamaño de partícula intermedio era el que terminaba con el mayor contenido de plaquetas».

detener el sangrado

Luego, los investigadores probaron las tres clases de tamaño de las nanopartículas en los ratones. Primero, inyectaron las partículas en ratones sanos para estudiar cuánto tiempo circularían en el cuerpo y dónde se acumularían. Descubrieron que, como se vio en estudios anteriores, las partículas más grandes tenían más probabilidades de acumularse en los pulmones u otros sitios fuera del objetivo, y su tiempo de circulación era más corto.

Trabajando con sus colaboradores en MGH, los investigadores luego usaron un modelo de rata de lesión interna para estudiar qué partículas serían más efectivas para detener el sangrado. Descubrieron que las partículas de tamaño intermedio parecían funcionar mejor y que esas partículas también mostraban la mayor tasa de acumulación en el sitio de la herida.

«Este estudio sugiere que las nanopartículas más grandes no son necesariamente el sistema en el que queremos centrarnos, y creo que no estaba claro en trabajos anteriores. Ser capaces de centrar nuestra atención en este rango de tamaño mediano puede abrir nuevas puertas», dice. Hammond.

Los investigadores ahora esperan probar estas partículas de tamaño intermedio en modelos animales más grandes, para aprender más sobre su seguridad y las dosis más efectivas. Esperan que eventualmente tales partículas puedan usarse como la primera línea de tratamiento para detener el sangrado de una lesión traumática el tiempo suficiente para que el paciente llegue al hospital.

“Estas partículas están destinadas a abordar las muertes prevenibles. No son una panacea para las hemorragias internas, pero están destinadas a darle a una persona unas horas extra hasta que pueda llegar a un hospital donde pueda recibir el tratamiento adecuado”, dice Hong.

La investigación fue financiada por la Oficina de Investigación del Ejército de los Estados Unidos a través del Instituto de Nanotecnologías para Soldados del MIT y el Departamento de Defensa.