Los bioingenieros pueden utilizar las propiedades mecánicas únicas de las células enfermas, como las células cancerosas metastásicas, para ayudar a mejorar la administración de tratamientos farmacológicos a las células objetivo, según un equipo de investigadores de Penn State.
Muchos laboratorios de todo el mundo están desarrollando sistemas de administración de fármacos basados en nanopartículas para atacar selectivamente a los tumores. Se basan en un sistema de llave y cerradura en el que las llaves de proteína en la superficie de la nanopartícula hacen clic en las cerraduras de una proteína altamente expresadaen la superficie de la célula cancerosa. Luego, la membrana celular envuelve la nanopartícula y la ingiere. Si se ingieren suficientes nanopartículas y su carga de fármaco, la célula cancerosa morirá.
La fuerza adhesiva de la cerradura y la llave es lo que impulsa la nanopartícula hacia la célula, dijo Sulin Zhang, profesor de ingeniería y mecánica.
"Es casi universal que siempre que hay una fuerza impulsora para un proceso, siempre hay una fuerza resistiva", dijo Zhang. "Aquí, la fuerza impulsora es bioquímica: la interacción proteína-proteína".
La fuerza resistiva es el costo de energía mecánica requerido para que la membrana envuelva la nanopartícula. Hasta ahora, los bioingenieros solo consideraban la fuerza impulsora y diseñaron nanopartículas para optimizar las interacciones químicas, una estrategia de focalización llamada "quimiotargeting". Zhang cree que deberían hacerlo.también tienen en cuenta la mecánica de las células para diseñar nanopartículas para lograr una mejor orientación, lo que forma una nueva estrategia de orientación llamada "orientación mecánica".
"Estas dos estrategias de orientación son complementarias; puede combinar la orientación química y la orientación mecánica para lograr todo el potencial de los agentes diagnósticos y terapéuticos basados en nanopartículas", dijo Zhang. "El hecho es que la eficiencia de la orientación requiere un delicado equilibrio entre las fuerzas impulsoras y resistivas. Por ejemplo, si hay demasiadas claves en la superficie de la nanopartícula, aunque estas claves solo interactúan débilmente con los bloqueos que no coinciden en las células normales, estas interacciones débiles y fuera del objetivo aún pueden proporcionar suficiente energía de adhesión para que las nanopartículas penetren en la célula.membrana y matar las células sanas. "
Por otro lado, si la energía de adhesión no es lo suficientemente alta, la nanopartícula no entrará en la celda.
En "Mechanotargeting: Mechanics-Depend Cellular Uptake of Nanoparticles", publicado en línea antes de la impresión en la revista Materiales avanzados , Zhang y el equipo informan los resultados de experimentos con células cancerosas cultivadas en hidrogeles de rigidez variable. En hidrogeles blandos, las células permanecieron cohesivas y benignas y experimentaron un estrés casi constante que limitó la absorción de las nanopartículas. Pero en los hidrogeles rígidos ellas células se volvieron metastásicas y adoptaron una forma tridimensional, ofreciendo más área de superficie para que las nanopartículas se adhieran y se estresaron menos. Bajo esta condición, las células tomaron cinco veces el número de nanopartículas que las células benignas
"Las nanopartículas son fluorescentes, por lo que contamos el número de nanopartículas que entran en la célula por la intensidad de la fluorescencia. Encontramos que en las células malignas la intensidad es cinco veces mayor", dijo Zhang. "Eso prueba que la segmentación mecánica funciona."
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Penn State . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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