Un equipo de investigación internacional ha publicado la receta más simple conocida para una "cebolla" nanoscópica que podría liberar con mayor precisión medicamentos o genes terapéuticos a medida que el cuerpo la despega.
Utilizando simulaciones por computadora, el químico Xiao Cheng Zeng de la Universidad de Nebraska-Lincoln y dos colegas japoneses han ilustrado que una concentración de cadenas moleculares cortas se ensamblará en una esfera en forma de cebolla en capas conocida como liposoma.
Las simulaciones también mostraron que el liposoma dispensa su carga, en este caso, agua, en dosis relativamente pequeñas a medida que se degradan sus capas. Esa capacidad podría hacer que el diseño sea especialmente útil para administrar dosis de liberación prolongada de un medicamento farmacéutico o incluso albergarMúltiples cargas útiles en el mismo liposoma, informaron los investigadores.
"Esto simplemente te da más flexibilidad", dijo Zeng, profesor de química de la Universidad del Canciller. "Sería bueno tener esa funcionalidad adicional".
Zeng, quien recientemente publicó los hallazgos con Noriyoshi Arai de la Universidad de Kindai y Kenji Yasuoka de la Universidad de Keio, dijo que el equipo se inspiró en un estudio experimental de 2014 que demostró la formación de un liposoma similar a una cebolla similar. Pero mientras ese liposoma presentaba moléculas comparativamente complejascon docenas de átomos dispuestos en múltiples ramas, la versión modelada por Zeng y sus colegas requeriría grupos moleculares con solo cinco átomos.
"Diría que este, desde el punto de vista de la simulación, es un gran avance", dijo Zeng. "Ahora ahora sabemos que no tiene que ser una estructura muy complicada. Fue increíble verlo".
El liposoma recién predicho se ensamblaría a partir de una concentración de cadenas moleculares con dos átomos hidrofílicos y tres átomos hidrofóbicos, y el primero exhibe una atracción por el agua y el segundo carece de ella. Esa naturaleza dual es crítica para la estructura distintiva similar a la cebolla del liposoma, Dijo Zeng, que alterna entre las capas de los átomos hidrófilos e hidrófobos.
Además de identificar el tipo y la cantidad mínima de átomos necesarios para facilitar el proceso de ensamblaje, el equipo consideró los factores que incluían la temperatura, las cargas atómicas y la cantidad de cadenas moleculares. Zeng describió los esfuerzos como un ejercicio de un año de prueba computacional-y-error. Muy pocas cadenas moleculares, y la cebolla podría verse a medio comer. Una carga demasiado pequeña entre los átomos hidrofílicos, y podría tomar la forma de una pelota de fútbol en lugar de una esfera.
"Las simulaciones son tan poderosas porque podemos cambiar todos estos parámetros diferentes para encontrar la tormenta perfecta", dijo Zeng. "Hay muchas variables. Pero si podemos crear un modelo simplificado, podemos ajustar esas variables muchomás fácilmente.
"Una vez que sabemos por qué las moléculas se ensamblan de esa forma, entonces tenemos principios que, a su vez, guiarán a los grupos experimentales para diseñar lo que quieren".
Zeng dio crédito a la colaboración trans-pacífica del equipo, y los antecedentes de ingeniería mecánica de sus colegas japoneses, por el enfoque multidisciplinario que finalmente produjo su éxito. Estimó que Yasuoka ha visitado Lincoln al menos 20 veces durante varios años sabáticos, con AraiTambién hizo el viaje en numerosas ocasiones. Zeng, a su vez, cruzó el Pacífico para reunirse con sus colegas en Tokio y Osaka.
"Al combinar nuestra experiencia, hemos podido lograr mucho más", dijo Zeng. "Esto hizo posible resolver este problema tan desafiante".
Zeng, Arai y Yasuoka publicaron sus hallazgos en la revista ACS Nano .
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Nebraska – Lincoln . Original escrito por Scott Schrage. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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