Se puede hacer que las protocélulas sintéticas se muevan hacia y lejos de las señales químicas, un paso importante para el desarrollo de nuevos sistemas de suministro de fármacos que podrían apuntar a ubicaciones específicas en el cuerpo. Al recubrir la superficie de las protocélulas con enzimas, proteínas quecatalizar reacciones químicas: un equipo de investigadores de Penn State pudo controlar la dirección del movimiento de las protoceldas en un gradiente químico en un dispositivo microfluídico. Un artículo que describe la investigación aparece el 18 de noviembre de 2019 en la revista Nanotecnología de la naturaleza .
"La visión futurista es tener medicamentos entregados por pequeños 'bots' que puedan transportar el medicamento al lugar específico donde se necesita", dijo Ayusman Sen, profesor de química Verne M. Willaman en Penn State y líder deel equipo de investigación ". Actualmente, si toma un antibiótico para una infección en la pierna, se difunde por todo el cuerpo. Por lo tanto, debe tomar una dosis más alta para obtener suficiente antibiótico en la pierna donde sea necesario. Si podemos controlar el movimiento direccional de un sistema de administración de medicamentos, no solo reducimos la cantidad de medicamento requerida sino que también podemos aumentar su velocidad de administración ".
Una forma de abordar la dirección de control es que el sistema de administración de fármacos reconozca y avance hacia señales químicas específicas que emanan del sitio de infección, un fenómeno llamado quimiotaxis. Muchos organismos usan la quimiotaxis como estrategia de supervivencia, para encontrar comida o escapar de las toxinas.El trabajo anterior había demostrado que las enzimas experimentan un movimiento quimiotáctico porque las reacciones que catalizan producen energía que se puede aprovechar. Sin embargo, la mayor parte de ese trabajo se había centrado en la quimiotaxis positiva, el movimiento hacia un químico. Hasta ahora, se había trabajado poco en la quimiotaxis negativaLa quimiotaxis "sintonizable" - la capacidad de controlar la dirección del movimiento, hacia y desde diferentes señales químicas - nunca se había demostrado.
Los investigadores fabrican protocélulas de tamaño uniforme, pequeños sacos llamados liposomas que tienen los mismos componentes que forman las células naturales. Luego pueden unir diferentes enzimas a la superficie externa de estas protocélulas. Las enzimas que utilizaron para este estudio fueron catalasa, ureasa,y ATPasa. Estas enzimas convierten reactivos específicos en productos; la catalasa, por ejemplo, convierte el peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno.
"Colocamos los liposomas recubiertos con enzimas en un dispositivo microfluídico que mantiene un gradiente del reactivo de la enzima o sus productos", dijo Ambika Somasundar, una estudiante graduada en Penn State y la primera autora del artículo. "Entonces podemosmedir el movimiento de los liposomas hacia o lejos de químicos específicos "
En sus experimentos, las protocélulas recubiertas de catalasa se movieron hacia su reactivo, mientras que las protocélulas recubiertas de ureasa se alejaron de su reactivo. Las protocélulas recubiertas de ATPasa se movieron hacia y desde el reactivo, dependiendo de la concentración.
"Para entregar drogas de manera efectiva, necesita dos cosas: la capacidad de transportar la droga y la capacidad de controlar con precisión el movimiento", dijo Sen. "El interior de las protoceldas que utilizamos puede llenarse con una carga útil y ahora estamoscada vez más cerca de controlar finamente su movimiento "
Además de Sen y Somasundar, el equipo de investigación en Penn State incluye Subhadip Ghosh, Farzad Mohajerani, Lynnicia N. Massenburg, Tinglu Yang, Paul S. Cremer y Darrell Velegol. La investigación fue financiada por el Centro de la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU.para montaje quimomecánico.
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Materiales proporcionado por Estado Penn . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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