Los ingenieros biomédicos de la Universidad de Duke han ideado un método para fabricar partículas pequeñas que son seguras para los tejidos vivos que les permitirá crear nuevas formas atractivas para la administración de medicamentos, el diagnóstico y la ingeniería de tejidos.
Los resultados aparecen en línea el 12 de marzo en la revista Comunicaciones de la naturaleza .
"Con nada más que algo de calor y luz, podemos hacer algunas micropartículas bastante extrañas", dijo Stefan Roberts, un científico de investigación de ingeniería biomédica en Duke. "La técnica es lo suficientemente simple como para que se pueda ampliar a miles de millones de micropartículasen cuestión de minutos."
En el mundo de las micropartículas biocompatibles, la forma, el tamaño, la microestructura interna y el tipo de material dictan sus propiedades intrínsecas. Aunque las empresas y los laboratorios de investigación ya pueden fabricar muchas micropartículas complejas, el proceso generalmente involucra técnicas sofisticadas de fabricación como microfluídicos de emulsión múltiple olitografía de flujo. Ambas tienen sus desventajas.
La microfluídica de emulsión múltiple controla tediosamente una serie de gotas de aceite individuales, pero lucha por mantener los materiales completamente separados unos de otros y no se pueden usar para la producción a gran escala. La litografía de flujo ilumina la luz a través de una máscara estampada para grabar formas en materiales blandos ypuede hacer muchas partículas en poco tiempo, pero el proceso es difícil de adaptar a formas complicadas y arquitecturas internas.
Roberts, al trabajar con Ashutosh Chilkoti, Profesor Distinguido Alan L. Kaganov de Ingeniería Biomédica en Duke, se propuso probar un enfoque completamente nuevo: los materiales biológicos. El par de investigación tiene un historial de trabajo con polipéptidos similares a la elastina ELP, que son proteínas desordenadas que, al igual que una bola de espagueti, derivan su estabilidad del caos y no tienen una forma verdadera. Más recientemente, el equipo comenzó a trabajar con proteínas parcialmente ordenadas COP, que conservan muchas de las propiedades biológicamente útiles de los ELPpero tiene suficientes segmentos ordenados para proporcionar más estabilidad que los fideos húmedos.
Ambos tipos de proteínas se pueden diseñar para alternar entre estados de fase a ciertas temperaturas. Si bien esta es una característica útil para aplicaciones como la liberación lenta de medicamentos en el cuerpo o el crecimiento de tejidos en las heridas, los investigadores pronto descubrieron quetambién podría crear varias formas de partículas al juntar ELP y POP.
"Las proteínas desordenadas son un tema candente en biología, con muchos investigadores tratando de descubrir cómo las proteínas sin forma pueden tener un propósito biológico", dijo Roberts. "Una parte subyacente de nuestro trabajo es pensar en estas proteínas como un científico de materiales"veríamos si podemos diseñarlos para nuestras propias funciones biológicas de formas que no se pueden lograr con los materiales actuales ".
En el documento, Roberts y Chilkoti demuestran algunas micropartículas nuevas hechas con estos dos tipos de proteínas. Al ajustar las temperaturas a las que se ensamblan y desensamblan, y al avanzar y retroceder a través de un rango de temperaturas a diferentes velocidades, los investigadores muestran queson capaces de crear un conjunto de formas, como una concha con un núcleo sólido, una concha sin núcleo y una maraña de cordones salpicados de conchas que denominaron "frutos en una vid". Luego, al incorporar aminoácidos fotosensibles,muestran que pueden congelar estas formas en micropartículas sólidas con un destello de luz.
Los investigadores dicen que la capacidad de crear micropartículas con regiones separadas con precisión es relevante para aplicaciones como la administración de fármacos y la ingeniería de tejidos.
Cada conjunto de parámetros crea simultáneamente millones de micropartículas sólidas y biocompatibles un poco más grandes que una celda promedio. Solo toma unos minutos, y todo sucede en un volumen de líquido del tamaño de una gota de agua.
"Este es un caso de prueba para un tipo de material que es flexible y lo suficientemente simple como para crear formas y arquitecturas de uso común que no se ven utilizando las técnicas actuales", dijo Roberts. "Estamos utilizando nuevos materiales biocompatibles para crearformas nunca antes vistas simplemente al calentarlas, enfriarlas y alumbrarlas "
Esta investigación fue apoyada por los Institutos Nacionales de Salud R35GM127042 y el Triángulo de Investigación de la Fundación Nacional de Ciencias MRSEC DMR-11-21107, Centro de Instrumentación Analítica en la Universidad Estatal de Carolina del Norte ECCS-1542015 y el Programa de Investigación de Graduados 1106401.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Original escrito por Ken Kingery. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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