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La última década ha llamado la atención sobre el uso de robots microscópicos (microrobots o nanorobots) para aplicaciones biomédicas. Ahora, los nanoingenieros han desarrollado microrobots que pueden llegar a los pulmones y administrar medicamentos para tratar la neumonía bacteriana. Un nuevo estudio muestra que los microrobots eliminaron de manera segura las bacterias que causan neumonía en los pulmones de los ratones 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 publicaron en Nature Materials en el artículo, “ Microrobots modificados con nanopartículas para la administración de antibióticos in vivo para tratar la neumonía bacteriana aguda. ”
Los microrobots se fabrican utilizando química de clic para unir nanopartículas poliméricas recubiertas de membrana de neutrófilos cargadas de antibióticos a microalgas naturales. Los microrobots híbridos podrían usarse para la administración activa de antibióticos en los pulmones.
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 están hechas de diminutas esferas de polímeros biodegradables que están recubiertas con las membranas celulares de los neutrófilos. Estas membranas celulares 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 la infección pulmonar.
“Nuestro objetivo es administrar medicamentos dirigidos a las partes del cuerpo más difíciles, como los pulmones. Y queremos hacerlo de una manera que sea segura, fácil, biocompatible y duradera”, dijo Liangfang Zhang, PhD, profesor del departamento de nanoingeniería de la Escuela de Ingeniería Jacobs de la Universidad de California, San Diego (UCSD). “Eso es lo que hemos demostrado en este trabajo”.
Los microrobots son rápidos (>110 µm s−1) en líquido pulmonar simulado y se distribuyen uniformemente en los tejidos pulmonares profundos. Los autores también señalaron que "tienen una baja eliminación por parte de los macrófagos alveolares y un excelente tiempo de retención del tejido (> 2 días) después de la administración intratraqueal a los animales de prueba".
El equipo usó los microrobots para tratar ratones con una forma aguda y potencialmente fatal de neumonía causada por Pseudomonas aeruginosa. Esta forma de neumonía afecta comúnmente a pacientes que reciben ventilación mecánica en la unidad de cuidados intensivos. Los investigadores administraron los microrobots a los pulmones de los ratones a través de un tubo insertado en la tráquea. Las infecciones desaparecieron por completo después de una semana. Todos los ratones tratados con los microrobots sobrevivieron más de 30 días, mientras que los ratones no tratados murieron dentro de los tres días.
El tratamiento con los microrobots fue más eficaz que una inyección intravenosa de antibióticos en el torrente sanguíneo. Este último requirió una dosis de antibióticos 3000 veces mayor que la utilizada en los microrobots para lograr el mismo efecto. A modo de comparación, una dosis de microrobots proporcionó 500 nanogramos de antibióticos por ratón, mientras que una inyección intravenosa proporcionó 1,644 miligramos de antibióticos por ratón.
El enfoque del equipo es tan efectivo porque coloca el medicamento justo donde debe ir en lugar de difundirlo por el resto del cuerpo. “Estos resultados muestran cómo la administración dirigida de fármacos combinada con el movimiento activo de las microalgas mejora la eficacia terapéutica”, dijo Joseph Wang, PhD, profesor del departamento de nanoingeniería de la UCSD.
“Con una inyección intravenosa, a veces solo una fracción muy pequeña de antibiótico llega a los pulmones. Es por eso que muchos tratamientos con antibióticos actuales para la neumonía no funcionan tan bien como se necesita, lo que lleva a tasas de mortalidad muy altas en los pacientes más enfermos”, dijo Victor Nizet, MD, profesor de la Facultad de Medicina de UCSD. "Con base en estos datos de ratones, vemos que los microrobots podrían mejorar potencialmente la penetración de los antibióticos para matar patógenos bacterianos y salvar la vida de más pacientes".
El trabajo aún se encuentra en la etapa de prueba de concepto. El equipo planea realizar una investigación más básica para comprender exactamente cómo interactúan los microrobots con el sistema inmunológico. Los próximos pasos también incluyen estudios para validar el tratamiento con microrobot y ampliarlo antes de probarlo en animales más grandes y, finalmente, en humanos.
“Estamos ampliando los límites en el campo de la administración dirigida de medicamentos”, dijo Zhang.
Fuente: NatureMaterials
Tomado de: genengnews.com
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