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Una lesión cerebral traumática resulta de un ataque externo o físico repentino que daña el cerebro y se concentra en una o más áreas del cerebro. Aunque la lesión cerebral traumática pone en peligro la vida, actualmente no hay tratamientos a largo plazo disponibles.
![Las nanopartículas median en el suministro de proteínas terapéuticas para tratar lesiones cerebrales](https://d1otjdv2bf0507.cloudfront.net/images/news/ImageForNews_39622_16620415891053480.jpg)
Estudio: nanopartículas de silicio poroso dirigidas a la matriz extracelular para el suministro de proteínas terapéuticas en lesiones cerebrales traumáticas. Crédito: AlexLMX/Shutterstock.com
A pesar de la actividad terapéutica prometedora del factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF), una proteína que promueve la neurogénesis, su entrega sistemática al tejido cerebral es un desafío debido a su inestabilidad en la sangre, su vida media circulatoria corta y su transporte deficiente al cerebro.
Un artículo publicado en la revista Bioconjugate Chemistry analizó la carga de la proteína BDNF en nanopartículas de silicio poroso biodegradable para administrar la proteína bioactiva al tejido cerebral lesionado. Las nanopartículas de silicio sintetizadas se modificaron con el ligando CAQK, un péptido que se dirige y se une a los componentes de la matriz extracelular (ECM) del cerebro que se regulan positivamente después de una lesión cerebral traumática. La proteína BDNF conserva su actividad biológica después de ser liberada de las nanopartículas de silicio.
La administración posterior a la lesión de nanopartículas de silicio modificadas con CAQK cargadas con BDNF dio como resultado una administración eficaz de la proteína BDNF, lo que redujo los volúmenes de las lesiones más que el BDNF libre. Por lo tanto, probar la hipótesis de que las nanopartículas de silicio median en la administración de proteínas terapéuticas es más eficaz que la proteína libre para mejorar los resultados en la lesión cerebral traumática.
BDNF para tratar lesiones cerebrales traumáticas
Los tratamientos actualmente disponibles para la lesión cerebral traumática se limitan a los analgésicos y no curan las complicaciones subyacentes de la enfermedad, lo que da como resultado trastornos conductuales, físicos y psicosociales a largo plazo en los pacientes.
Después de la lesión cerebral traumática inicial, la vía de la lesión secundaria evoluciona durante unos días con una fisiopatología en evolución a través de una serie de procesos celulares y bioquímicos que finalmente conducen a la muerte celular. Si bien la lesión primaria solo se puede prevenir, la vía de la lesión secundaria tiene grandes perspectivas de tratamiento terapéutico para preservar el tejido cerebral.
BDNF juega un papel crucial en la supervivencia y el crecimiento de las neuronas. Es un neurotransmisor, modulador y participa en la plasticidad neuronal importante para el aprendizaje y la memoria. El BDNF se expresa ampliamente en el sistema nervioso central (SNC), el intestino y otros tejidos. Tiene una alta afinidad por el receptor tirosina quinasa B (TrkB) y activa cascadas de transducción de señales, aumentando la expresión de proteínas antiapoptóticas.
El factor neurotrófico derivado del cerebro regula el metabolismo de la glucosa y la energía y previene el agotamiento de las células beta (β). Los niveles reducidos de BDNF están asociados con enfermedades neurodegenerativas con pérdida neuronal (enfermedad de Parkinson, enfermedad de Alzheimer, esclerosis múltiple y otras).
Las nanopartículas de silicio poroso se utilizan en diversos campos, como catálisis, imágenes y aplicaciones biomédicas, debido a su gran área de superficie específica, química de superficie fácilmente modificable, biocompatibilidad y biodegradabilidad. Para las aplicaciones biomédicas, es crucial controlar con precisión la modificación de la superficie de los materiales basados en silicio poroso y cuantificar la densidad de funcionalización que determina el comportamiento de las nanopartículas dentro del sistema biológico.
Tratamiento de lesiones cerebrales traumáticas con nanopartículas de silicio poroso modificadas con CAQK
El tratamiento de pacientes con lesión cerebral traumática implica la extirpación quirúrgica de los coágulos de sangre, lo que reduce la presión intracraneal porque el cerebro es inaccesible a la terapia. Alternativamente, en pacientes con lesión cerebral traumática, la barrera hematoencefálica (BBB) dañada puede filtrar materiales terapéuticos, lo que lleva a su acumulación en el cerebro.
Sin embargo, la mayoría de los materiales farmacológicos administrados se eliminan del cerebro dentro de las 6 horas debido a la recuperación de la BBB, lo que subraya la necesidad de estrategias dirigidas al cerebro con mayor penetración y retención de materiales terapéuticos.
Estudios previos mencionaron que las nanopartículas de silicio poroso modificadas con CAQK sirvieron como carga potencial en la entrega de pequeños ARN de interferencia (si-ARN) al cerebro en un modelo de lesión cerebral traumática después de su administración intravenosa. Este enfoque condujo a la explotación de la BBB dañada transitoriamente en pacientes con lesión cerebral traumática, lo que permitió la acumulación pasiva de nanopartículas terapéuticas en el tejido cerebral para su unión y retención, a las que se puede acceder a través de la MEC cerebral.
El presente estudio examinó la carga de proteínas y la orientación mediada por péptidos de la MEC cerebral en lesiones cerebrales traumáticas. Aquí, la proteína BDNF se cargó en nanopartículas de silicio poroso con una eficiencia de carga del 13 %, y las nanopartículas se modificaron en la superficie con péptido CAQK para atacar la lesión. Además de CAQK, el exterior de las nanopartículas también se encapsuló con polietilenglicol (PEG).
La proteína modelo marcada con fluorescencia se usó en un modelo de impacto cortical controlado (CCI) de ratón de lesión cerebral traumática para confirmar su acumulación en el sitio objetivo. Después de la administración de nanopartículas de silicio modificadas con CAQK cargadas con BDNF 2 horas después de la lesión, redujeron el volumen de la lesión cerebral en aproximadamente un 24 % en comparación con el BDNF libre. Así, el presente trabajo demostró el potencial de las nanopartículas de silicio poroso modificadas químicamente para atacar el cerebro lesionado.
Conclusión
En resumen, el presente trabajo demostró la fabricación de nanopartículas de silicio poroso dirigidas a péptidos para abordar los desafíos en el tratamiento de lesiones cerebrales traumáticas. Las nanopartículas de silicio poroso preparadas podían contener alrededor del 13 % en masa de la proteína BDNF, que posteriormente se liberaba de los poros de las nanopartículas para mostrar su bioactividad.
La administración sistemática de nanopartículas diseñadas en un modelo de ratón con lesión cerebral traumática dio como resultado una reducción en los volúmenes de lesión cerebral que fue significativamente significativa en comparación con el BDNF libre. Los resultados de este estudio demostraron el potencial de la administración dirigida de BDNF utilizando nanopartículas en lesiones cerebrales traumáticas y otras lesiones del SNC.
Además, debido a la capacidad de ajuste del tamaño de los poros y la química versátil, las nanopartículas de silicio poroso sirven como una plataforma prometedora para abordar las causas multifactoriales de la patología de lesiones cerebrales traumáticas.
Relación
Waggoner, LE et al. Nanopartículas de silicio poroso dirigidas a la matriz extracelular para el suministro de proteínas terapéuticas en lesiones cerebrales traumáticas. química bioconjugada. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.bioconjchem.2c00305
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