Ingenieros de la Universidad de California en San Diego han desarrollado robots microscópicos, llamados microrobots, capaces de nadar a través de los pulmones para administrar medicamentos contra el cáncer directamente a los tumores metastásicos. Este enfoque se ha mostrado prometedor en ratones, donde inhibió el crecimiento y la propagación de tumores que habían hecho metástasis en los pulmones, aumentando así las tasas de supervivencia en comparación con los tratamientos de control.
Los hallazgos se detallan en un artículo publicado el 12 de junio. Avances en la ciencia.
Los microrobots son una ingeniosa combinación de biología y nanotecnología. Este es un esfuerzo conjunto entre los laboratorios de Joseph Wang y Liang Fang Zhang, ambos profesores del Departamento de Química y Nanoingeniería de la Familia Iso Yufeng Li en la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego.
Para crear el microrobot, los investigadores unieron químicamente nanopartículas cargadas de fármacos a la superficie de células de algas verdes. Las algas, que proporcionan movilidad a los microrobots, permiten que las nanopartículas floten eficazmente en los pulmones y administren su terapia al tumor.
Las nanopartículas están hechas de pequeñas esferas de polímero biodegradables, cargadas con el fármaco quimioterapéutico doxorrubicina y recubiertas con membranas de glóbulos rojos. Este recubrimiento cumple una función importante: protege las nanopartículas del sistema inmunológico, permitiéndoles permanecer en los pulmones el tiempo suficiente para ejercer efectos antitumorales. “Actúa como un camuflaje”, dijo el coprimer autor del estudio, Zhengxing Li, doctor en nanoingeniería. estudiante en los grupos de investigación de Wang y Zhang. “Este recubrimiento hace que la nanopartícula parezca un glóbulo rojo para el cuerpo, por lo que no desencadenará una respuesta inmune”.
Los investigadores observaron que esta formulación de algas portadoras de nanopartículas es segura. Los materiales utilizados para fabricar nanopartículas son biocompatibles, mientras que se utilizan algas verdes. Chlamydomonas reinhardtiiha sido reconocido como seguro para su uso por la Administración de Drogas y Alimentos de EE. UU.
El estudio se basa en trabajos anteriores de los equipos de Wang y Zhang que utilizaron un microrobot similar para tratar la neumonía mortal en ratones. “Estos fueron los primeros microrobots que se probaron de forma segura en los pulmones de animales vivos”, dijo Wang.
En trabajos anteriores, los microrobots utilizaron una combinación diferente de fármaco y membrana celular para nanopartículas para combatir la propagación de bacterias que causan neumonía. Modificando estos componentes, el equipo ha desarrollado microrobots para combatir la propagación de células cancerosas en los pulmones. “Demostramos que se trata de una tecnología de plataforma que puede administrar de manera efectiva y eficiente terapia en todo el tejido pulmonar para combatir una variedad de neoplasias malignas pulmonares”, dijo Zhang.
En el estudio actual, ratones con melanoma fueron tratados con microrobots, que se insertaron en los pulmones a través de un pequeño tubo insertado en la tráquea. Los ratones tratados experimentaron una mediana de supervivencia de 37 días, una mejora con respecto a la mediana de supervivencia de 27 días observada en ratones no tratados, así como en ratones que recibieron el fármaco solo o nanopartículas cargadas con fármaco sin algas.
“El movimiento de natación activo de los microrobots mejoró significativamente la distribución del fármaco en el tejido pulmonar profundo, al tiempo que prolongó el tiempo de retención”, dijo Li. “Esta distribución mejorada y un tiempo de retención más largo nos permitieron reducir la dosis requerida del medicamento, lo que potencialmente reduce los efectos secundarios y mantiene una alta eficacia de supervivencia”.
En el futuro, el equipo está trabajando para probar este tratamiento con microrobot en animales más grandes, con el objetivo final de realizar ensayos clínicos en humanos.
Artículo: “Microrobots biohíbridos administran local y activamente nanopartículas cargadas de fármacos para inhibir el crecimiento de metástasis pulmonares”. Zhu, Shichao Ding, Weiwei Gao y Ronnie H. Fang.
*Estos autores contribuyeron igualmente a este trabajo.
Este trabajo fue apoyado por la Oficina Conjunta de Ciencia y Tecnología para la Defensa Química y Biológica de la Agencia de Reducción de Amenazas de Defensa (HDTRA1-21-1-0010) y los Institutos Nacionales de Salud (R21AI175904).
