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Los nanoingenieros de la Universidad de California en San Diego han desarrollado robots microscópicos, llamados microrobots, que pueden nadar en los pulmones, administrar medicamentos y usarse para dilucidar casos de neumonía bacteriana que amenazan la vida.
En ratones, los microrobots eliminaron de manera segura las bacterias que causan neumonía en los pulmones y dieron como resultado una supervivencia del 100 %. Por el contrario, todos los ratones no tratados murieron dentro de los tres días posteriores a la infección.
Los resultados se publicarán el 22 de septiembre. materiales naturales.
Los microrobots consisten en células de algas cuyas superficies están salpicadas de nanopartículas llenas de antibióticos. Las algas proporcionan movimiento, lo que permite que los microrobots naden y entreguen antibióticos directamente a más bacterias en los pulmones. Las nanopartículas que contienen los antibióticos son diminutas perlas de polímero biodegradable recubiertas con las membranas celulares de los neutrófilos, un tipo de glóbulo blanco. Lo especial de estas membranas celulares es que absorben y neutralizan las moléculas inflamatorias producidas por las bacterias y el sistema inmunológico del cuerpo. Esto le da a los microrobots la capacidad de reducir la inflamación dañina, lo que a su vez los hace más efectivos para combatir las infecciones pulmonares.
El trabajo es un esfuerzo de colaboración de los laboratorios de los profesores de nanoingeniería Joseph Wang y Liangfang Zhang, ambos en la Escuela de Ingeniería UC San Diego Jacobs. Wang es líder mundial en investigación de micro y nanorobótica, mientras que Zhang es líder mundial en el desarrollo de nanopartículas que imitan células para tratar infecciones y enfermedades. Juntos fueron pioneros en el desarrollo de diminutos robots de administración de fármacos que se pueden utilizar de forma segura en animales vivos para tratar infecciones bacterianas en el estómago y la sangre. El tratamiento de infecciones pulmonares bacterianas es lo último en su trabajo.
«Nuestro objetivo es la entrega dirigida de medicamentos a las partes más exigentes del cuerpo, como los pulmones. Y queremos hacerlo de una manera que sea segura, fácil, biocompatible y duradera». dijo Zhang. «Lo hemos demostrado en este trabajo».
El equipo usó los microrobots para tratar ratones con una forma aguda y potencialmente mortal de neumonía causada por la bacteria. Pseudomonas aeruginosa. Esta forma de neumonía a menudo afecta a pacientes que reciben ventilación mecánica en la unidad de cuidados intensivos. Los investigadores administraron los pulmones de los ratones a los microrobots a través de un tubo insertado en la tráquea. Las infecciones sanaron completamente después de una semana. Todos los ratones tratados con los microrobots sobrevivieron los últimos 30 días, mientras que los ratones no tratados murieron en tres días.
El tratamiento con los microrobots también fue más eficaz que una inyección intravenosa de antibióticos en el torrente sanguíneo. Estos últimos requirieron una dosis de antibióticos 3.000 veces mayor que los microrobots para lograr el mismo efecto. A modo de comparación, una dosis de microrobots administró 500 nanogramos de antibióticos por ratón, mientras que una inyección IV administró 1,644 miligramos de antibióticos por ratón.
El enfoque del equipo es tan eficaz porque lleva el fármaco exactamente a donde debe ir, en lugar de dispersarlo por el resto del cuerpo.
«Estos resultados muestran cómo la administración dirigida de fármacos combinada con el ejercicio activo de las microalgas mejora la eficacia terapéutica”. dijo Wang.
«Con una inyección intravenosa, a veces solo una porción muy pequeña de los antibióticos llega a los pulmones. Debido a esto, muchos tratamientos antibióticos actuales para la neumonía no funcionan tan bien como deberían, lo que lleva a tasas de mortalidad muy altas en los pacientes más enfermos.dijo Victor Nizet, profesor de la Facultad de Medicina de UC San Diego y de la Facultad de Farmacia y Ciencias Farmacéuticas Skaggs, coautor del estudio y asociado de investigación médica de Wang y Zhang.Según estos datos del ratón, vemos que los microrobots podrían mejorar potencialmente la penetración de los antibióticos para matar los patógenos bacterianos y salvar la vida de más pacientes».
Y si tiene miedo de poner células de algas en sus pulmones, los investigadores dicen que el enfoque es seguro. Después del tratamiento, las células inmunitarias del cuerpo digieren eficientemente las algas junto con las nanopartículas restantes. «No queda nada venenoso». dijo Wang.
El trabajo aún se encuentra en la etapa de prueba de concepto. El equipo planea realizar más investigaciones básicas para comprender exactamente cómo interactúan los microrobots con el sistema inmunitario. Los próximos pasos también incluyen estudios para validar el tratamiento con microrobots y ampliarlo antes de probarlo en animales más grandes y, finalmente, en humanos.
«Continuamos ampliando los límites de la administración dirigida de medicamentos,‘, dijo Zhang.
Título del trabajo: «Microrobots modificados con nanopartículas para la administración de antibióticos in vivo para tratar la neumonía bacteriana aguda.»
Este trabajo cuenta con el apoyo de los Institutos Nacionales de Salud (R01CA200574).
Fuente: https://ne.ucsd.edu/
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