Las nanopartículas usado para traspasar la barrera de moco en los pulmones

La prueba de concepto estudio realizado en ratones un paso clave para obtener mejores tratamientos para enfermedades pulmonares

Medicina Johns Hopkins

La nanotecnología podría proporcionar un día a un vehículo de inhalación para administrar genes terapéuticos dirigidos a aquellos que sufren de trastornos pulmonares potencialmente mortales.

Los investigadores pueden haber descubierto primero sistema de suministro de genes que penetra de manera eficiente las vías respiratorias humanas barrera de moco difícil de incumplimiento de tejido pulmonar.

Investigadores de la Universidad Johns Hopkins School of Medicine, Johns Hopkins University Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular, y la Universidad Federal de Río de Janeiro en Brasil han diseñado una nanopartícula ADN-cargado que puede pasar a través de la barrera mucosa que cubre la realización de las vías respiratorias de tejido pulmonar – – probar el concepto, dicen, que los genes terapéuticos pueden pronunció uno día directamente a los pulmones a los niveles suficientes para tratar la fibrosis quística (FQ), la enfermedad pulmonar obstructiva crónica, asma y otras enfermedades pulmonares potencialmente mortales.

“Hasta donde sabemos, este es el primer sistema de suministro de genes biodegradable que penetra de manera eficiente los recursos humanos barrera mucosa de las vías respiratorias de tejido pulmonar”, dice el autor del estudio Jung Soo Suk, Ph.D., un miembro de la facultad y el ingeniero biomédico en el Centro de Nanomedicina en el Wilmer Eye Institute de la Universidad Johns Hopkins. Un informe sobre el trabajo apareció en theProceedings de la Academia Nacional de Scienceson 29 de junio.

La barrera de moco protege materiales extraños y bacterias entren y / o infectar los pulmones. En los pulmones sanos, la materia inhalado es típicamente atrapado en el moco de las vías respiratorias y, posteriormente, se extendió fuera de los pulmones a través de vencer a las actividades de los cilios, o pequeño, hilos de pelos, al estómago para ser finalmente degradado. Por desgracia, Suk observa, este mecanismo de protección esencial también previene muchos productos terapéuticos inhalados, incluyendo la medicina basada en los genes, de alcanzar su objetivo.

los experimentos de su equipo con la mucosidad de las vías respiratorias humanas y animales pequeños, Suk añade, se han diseñado como un estudio de prueba de concepto que demuestra que la colocación de los genes o medicamentos correctivas o de reemplazo dentro de un biodegradables “contenedor” hecho por el hombre de nanopartículas que los pacientes inhalan podía penetrar el moco barrera y un día pueden usar para tratar trastornos pulmonares graves. Lo que es más, ya que una sola dosis podría teóricamente durar varios meses, los pacientes podrían experimentar menos efectos secundarios comunes de los medicamentos que deben tomarse regularmente durante largos períodos de tiempo.

Suk dice su trabajo con nanopartículas surgió de los esfuerzos fallidos para ofrecer tratamientos a las personas con enfermedades pulmonares. En los pacientes con CF, por ejemplo, experimentan una acumulación de exceso de moco causado por deterioro de latido ciliar, lo que resulta en un caldo de cultivo ideal para la infección bacteriana crónica y la inflamación. Este proceso patogénico no sólo empeora la calidad de vida del paciente – y, a menudo pone a los pacientes en situaciones que amenazan la vida – pero también hace que la mucosidad de las vías respiratorias más difíciles de superar por nanopartículas terapéuticas inhaladas.

La mayoría de los medicamentos existentes para ayudar CF infecciones claras, pero no resuelven los problemas subyacentes de la enfermedad. Un par de fármacos recientemente aprobados diseñados para apuntar a la causa subyacente de CF requiere tratamiento diario durante toda la vida útil y puede beneficiar solamente una subpoblación de pacientes con tipos específicos de mutaciones. Sin embargo este estudio, notas Suk, ha demostrado que la entrega de copias normales de genes relacionados con CF o genes correctivas a través de las nanopartículas cargadas con ADN de moco de penetración podría mediar la producción de la normalidad, las proteínas “funcionales” a largo plazo. Esto eventualmente podría llegar a ser una terapia eficaz para los pulmones de los pacientes, independientemente del tipo de mutación.

Hasta la fecha, nadie ha sido capaz de encontrar la manera de entregar eficientemente esos genes a los pulmones, Suk dice, señalando que los experimentos con virus desactivados para llevar a los han demostrado ineficaces y caros, y, potencialmente, podrían dar lugar a efectos secundarios graves. Por otra parte, el cuerpo puede desarrollar resistencia a estos sistemas de suministro basados ??en virus, haciendo que el mecanismo de entrega discutible.

Además, hay muchos sistemas no virales, sintéticos han sido ampliamente probado. Sin embargo, la investigación anterior ha demostrado que la mayoría de las nanopartículas no virales, cargadas con ADN poseen carga positiva que les hizo adhieren a cargados negativamente entornos biológicos, en este caso el moco que cubre las vías respiratorias pulmonares. En otras palabras, las nanopartículas convencionales son demasiado pegajosa para evitar interacciones no deseadas fuera de objetivo durante su viaje hacia las células diana. Además, estos partículas tienden a agregarse rápidamente en condiciones fisiológicas, haciéndolas demasiado grandes para penetrar la malla de moco de las vías respiratorias.

Por su diseño, el equipo desarrolló un método simple para cubrir densamente las nanopartículas con un polímero no pegajoso se llama PEG, se neutraliza la carga y creó un exterior pegajoso. Ellos demostraron que estas nanopartículas conservaron sus tamaños en un entorno fisiológico y son capaces de penetrar rápidamente la mucosidad de las vías respiratorias humanas recién recogidas de pacientes que visitan el adulto Hopkins Programa de Fibrosis Quística Johns dirigida por Michael Boyle, un co-autor del trabajo. El equipo también hizo que todo el sistema de suministro biodegradable por lo que no sería acumularse dentro del cuerpo.

Para probar si el sistema proporciona una transferencia génica eficaz a los pulmones de los animales, los investigadores ellas llenas de un gen que produce las proteínas de la generación de luz, una vez entregados en las células diana. Ellos demostraron que la entrega inhalada de los genes a través de las nanopartículas de moco penetrante como resultado la producción extendida de la proteína a niveles superiores a los estándar de oro, las plataformas no virales, incluyendo un sistema clínicamente probado. Además, demostraron que los pulmones tratados se iluminaron durante un máximo de cuatro meses después de una sola dosis.

“Con una dosis, usted puede conseguir la expresión de genes – es decir, la producción de proteínas terapéuticas – durante varios meses,” Suk dice, añadiendo que las nanopartículas no parecen mostrar ningún efecto adverso, como el aumento de la inflamación pulmonar.

Suk y su equipo de precaución que se necesitan más estudios con animales para confirmar y refinar su estudio de prueba de concepto, y que el tratamiento de las enfermedades humanas de terapias nanowrapped está a años de distancia.

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