Nanopartícula multifuncional ubica placas de vasos sanguíneos

Se ha diseñado una nanopartícula multifuncional que permite localizar mediante imágenes de resonancia magnética (RM) las placas producidas en los vasos sanguíneospor la aterosclerosis. Esta tecnología es una forma evolucionada de identificar las placas vulnerables a la ruptura –la causa de ataque cardiaco y de accidente cerebrovascular- de forma oportuna para el tratamiento.

Actualmente, los médicos pueden identificar sólo los vasos sanguíneos que se están estrechando debido a la acumulación de placa. El médico hace una incisión y coloca un catéter dentro de un vaso sanguíneo del brazo, la ingle o el cuello. A través de ese catéter se inyecta un colorante que permite que los rayos X revelen el estrechamiento. Sin embargo, investigadores de la Universidad de la Reserva Case Western (Cleveland, OH, EUA) informaron el 7 de febrero de 2014, en la revista Nano Letters, que una nanopartícula construida a partir de un virus en forma de barra que se encuentra normalmente en los puntitos del tabaco, ilumina la placa de las arterias de manera más eficaz y con una pequeña porción del colorante.

La investigación, como aspecto más importante, muestra que las nanopartículas modificadas para este fin particular se unen a los biomarcadores de la placa. Esto crea un camino para que las partículas se puedan programar para diferenciar las placas vulnerables de las que son estables, algo que no pueden hacer por sí solos los colorantes no orientados. “Desde el punto de vista de un químico, sigue siendo un reto hacer nanopartículas no esféricas, pues los materiales que no son esféricos son más ventajosos para las aplicaciones médicas”, dijo la Dra. Nicole F. Steinmetz, profesora asistente de ingeniería biomédica de la Universidad Case Western Reserve. “La naturaleza está muy por delante de nosotros. Estamos aprovechando métodos naturales para convertirlos en algo útil para la medicina”.

Las nanopartículas en forma de bastón están compuestas por Virus del mosaico del tabaco, organismos tubulares diminutos que infectan células vegetales pero son benignos fuera de la planta. La Dra. Steinmetz, especialista en bioingeniería de virus de las plantas, se asoció con el Dr. Xin Yu, profesor de ingeniería biomédica, quien se especializa en el desarrollo de técnicas de resonancia magnética para investigar las enfermedades cardiovasculares. Ellos crearon un dispositivo que transporta y concentra agentes para la obtención de imágenes de las placas.

En comparación con las esferas, las nanopartículas alargadas tienen una mayor probabilidad de ser empujadas fuera del flujo sanguíneo central y dirigirse a la pared vascular. Además, de acuerdo con los investigadores, su forma les permite una unión más estable a la placa.

La superficie del virus, está diseñada para transportar cadenas cortas de aminoácidos llamadas péptidos, las cuales llevan el virus al sitio donde ya hay o se están desarrollando las placas. Los Dres. Luyt y Simpson sintetizaron esos péptidos. “La unión permite que la partícula permanezca en el sitio por más tiempo, mientras que es más probable que, debido a su alta curvatura, una esfera sea arrastrada por la fuerza del flujo”, dijo el Dr. Yu, profesor de la Facultad de Ingeniería de Case.

La superficie del virus también se modificó para transportar colorantes visibles en el infrarrojo cercano, utilizados para la exploración óptica y los iones de gadolinio (que se unen a moléculas orgánicas, para reducir la toxicidad del metal) utilizados como agente de contraste en la RM. Ellos usaron escáneres ópticos para verificar los resultados de la RM. Al cargar su superficie con iones de gadolinio, en lugar de inyectarlos y dejar que fluyan libremente en la corriente sanguínea, la nanopartícula aumenta su capacidad de relajación (contraste del tejido sano) en más de cuatro órdenes de magnitud. “Este agente, inyectado en el torrente sanguíneo, tiene una capacidad de relajación de 5 y nuestras nanopartículas tienen una capacidad de relajación de 35.000”, dijo la Dra. Steinmetz, profesora de la Facultad de Medicina de Case Western Reserve.

Esto se debe a que esta nanofibra transporta hasta 2.000 moléculas del agente de contraste, concentrándolo en los sitios donde hay placa. En segundo lugar, fijar el agente de contraste con una estructura de nanopartículas reduce sus tasas de decaimiento molecular y conduce a beneficios adicionales para la capacidad de relajación, explicaron los investigadores.

Al tiempo que se mejora la visualización, se puede utilizar una cantidad 400 veces menor del agente de contraste, ya que este se libera directamente en las placas. La nanopartícula basada en el virus del tabaco, dijeron, ofrece otra ventaja: la mayoría de las nanopartículas que se han desarrollado para transportar agentes de contraste se basan en materiales sintéticos, algunos de los cuales pueden permanecer en el cuerpo durante un tiempo.

El Virus del mosaico del tabaco está compuesto por proteínas, las cuales el cuerpo puede manejar y eliminar fácilmente y rápidamente del sistema. Los Dres. Steinmetz y Yu, integrantes del Centro Case para Investigación en Imágenes, planean ahora llevar aún más lejos su investigación. Ellos quieren personalizar las nanopartículas para mostrar a los médicos si las placas son estables y no requieren ningún tratamiento o si son vulnerables a la ruptura y requieren tratamiento. La ruptura inicia una cascada de eventos que conducen a un ataque cardíaco o a un accidente cerebrovascular.

Para lograr esto, los científicos tienen que encontrar primero diferentes biomarcadores de que las placas son estables o vulnerables y recubrir las nanopartículas con diferentes péptidos y agentes de contraste que permitan distinguir unas de otras mediante el escaneo con resonancia magnética. “Nuestra comprensión de cuáles son las placas vulnerables es aún incompleta, pero una vez que podamos diferenciar las placas vulnerables de las estables, haremos un cambio del paradigma para el diagnóstico y el pronóstico”, dijo el doctor Yu.

Esta nueva tecnología también puede ser útil para suministrar medicamentos y hacer el seguimiento del tratamiento, además de poderlo usar para encontrar vulnerabilidades, según los investigadores.

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Case Western Reserve University