La osteoartritis, una enfermedad que causa dolor articular intenso, afecta a más de 20 millones de personas en los Estados Unidos. Algunos tratamientos farmacológicos pueden ayudar a aliviar el dolor, pero no existen tratamientos que puedan revertir o retrasar la descomposición del cartílago asociada con la enfermedad.
En un avance que podría mejorar las opciones de tratamiento disponibles para la osteoartritis, los ingenieros del MIT han diseñado un nuevo material que puede administrar medicamentos directamente al cartílago. El material puede penetrar profundamente en el cartílago, entregando medicamentos que podrían sanar el tejido dañado.
"Esta es una forma de llegar directamente a las células que están sufriendo el daño e introducir diferentes tipos de terapias que podrían cambiar su comportamiento", dice Paula Hammond, directora del Departamento de Ingeniería Química del MIT, miembro del Instituto Koch del MITfor Integrative Cancer Research, y el autor principal del estudio.
En un estudio en ratas, los investigadores mostraron que administrar un medicamento experimental llamado factor de crecimiento similar a la insulina 1 IGF-1 con este nuevo material evitó la descomposición del cartílago de manera mucho más efectiva que inyectar el medicamento en la articulación por sí solo.
Brett Geiger, un estudiante graduado del MIT, es el autor principal del artículo, que aparece en la edición del 28 de noviembre de Medicina traslacional de la ciencia . Otros autores son Sheryl Wang, estudiante graduada del MIT, Robert Padera, profesor asociado de patología en el Hospital Brigham and Women's, y Alan Grodzinsky, profesor de ingeniería biológica del MIT.
Mejor entrega
La osteoartritis es una enfermedad progresiva que puede ser causada por una lesión traumática como el desgarro de un ligamento; también puede ser el resultado del desgaste gradual del cartílago a medida que las personas envejecen. Un tejido conectivo liso que protege las articulaciones, el cartílago es producido por células llamadascondrocitos, pero no se reemplaza fácilmente una vez que está dañado.
Estudios anteriores han demostrado que IGF-1 puede ayudar a regenerar el cartílago en animales. Sin embargo, muchos medicamentos para la osteoartritis que mostraron ser prometedores en estudios con animales no han funcionado bien en ensayos clínicos.
El equipo del MIT sospechaba que esto se debía a que los medicamentos se eliminaron de la articulación antes de que pudieran alcanzar la capa profunda de condrocitos a los que estaban destinados a atacar. Para superar eso, se propusieron diseñar un material que pudiera penetrar todo el caminoa través del cartílago.
La molécula en forma de esfera que crearon contiene muchas estructuras ramificadas llamadas dendrímeros que se ramifican desde un núcleo central. La molécula tiene una carga positiva en la punta de cada una de sus ramas, lo que la ayuda a unirse al cartílago cargado negativamente. Algunasde esas cargas pueden reemplazarse con un polímero corto, flexible y amante del agua, conocido como PEG, que puede girar sobre la superficie y cubrir parcialmente la carga positiva. Las moléculas de IGF-1 también están unidas a la superficie.
Cuando estas partículas se inyectan en una articulación, recubren la superficie del cartílago y luego comienzan a difundirse a través de él. Esto es más fácil para ellos que el IGF-1 libre porque las cargas positivas de las esferas les permiten unirseal cartílago y evita que se laven. Sin embargo, las moléculas cargadas no se adhieren permanentemente. Gracias a las cadenas flexibles de PEG en la superficie que cubren y descubren la carga a medida que se mueven, las moléculas pueden separarse brevemente del cartílago, lo que les permite moversemás profundo en el tejido.
"Encontramos un rango de carga óptimo para que el material pueda unir el tejido y desligarse para una mayor difusión, y no ser tan fuerte que se quede atascado en la superficie", dice Geiger.
Una vez que las partículas alcanzan los condrocitos, las moléculas de IGF-1 se unen a los receptores en las superficies celulares y estimulan a las células a comenzar a producir proteoglicanos, los componentes básicos del cartílago y otros tejidos conectivos. El IGF-1 también promueve el crecimiento celular y previenemuerte celular.
reparación conjunta
Cuando los investigadores inyectaron las partículas en las articulaciones de las rodillas de las ratas, encontraron que el material tenía una vida media de aproximadamente cuatro días, que es 10 veces más largo que el IGF-1 inyectado por sí solo. La concentración del fármaco en las articulacionespermaneció lo suficientemente alto como para tener un efecto terapéutico durante aproximadamente 30 días. Si esto es cierto para los humanos, los pacientes podrían beneficiarse enormemente de las inyecciones en las articulaciones, que solo se pueden administrar mensualmente o quincenalmente, dicen los investigadores.
En los estudios con animales, los investigadores encontraron que el cartílago en las articulaciones lesionadas tratadas con la combinación de nanopartículas y drogas estaba mucho menos dañado que el cartílago en las articulaciones no tratadas o las articulaciones tratadas solo con IGF-1. Las articulaciones también mostraron reducciones en la inflamación articular y el huesoformación de espolones.
El cartílago en las articulaciones de las ratas tiene un grosor de aproximadamente 100 micras, pero los investigadores también demostraron que sus partículas podrían penetrar trozos de cartílago de hasta 1 milímetro, el grosor del cartílago en una articulación humana.
"Eso es algo muy difícil de hacer. Las drogas generalmente se eliminarán antes de que puedan moverse a través de gran parte del cartílago", dice Geiger. "Cuando empiezas a pensar en traducir esta tecnología de estudios en ratas a animales más grandes".y algún día los humanos, la capacidad de esta tecnología para tener éxito depende de su capacidad para trabajar en cartílago más grueso ".
Los investigadores comenzaron a desarrollar este material como una forma de tratar la osteoartritis que surge después de una lesión traumática, pero creen que también podría adaptarse para tratar la osteoartritis relacionada con la edad. Ahora planean explorar la posibilidad de administrar diferentes tipos de medicamentos, comocomo otros factores de crecimiento, medicamentos que bloquean las citocinas inflamatorias y ácidos nucleicos como el ADN y el ARN.
La investigación fue financiada por el Programa de Investigación Médica financiado por el Congreso del Departamento de Defensa y una beca de la National Science Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Anne Trafton. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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