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Default @ February 14, 2012

La entrega de los medicamentos de quimioterapia en el momento justo: Ultrasonido y hidrogeles de auto-sanación ofrecen medicamentos de forma no invasiva en el lugar correcto en el momento correcto

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Sistemas de liberación de fármacos actuales utilizan para administrar la quimioterapia para pacientes con cáncer suelen liberar una dosis constante de la droga a través del tiempo - pero un nuevo estudio desafía este enfoque "lento y constante" y ofrece una nueva manera de entregar localmente las drogas "en la demanda, "como se informa en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS).

La entrega de los medicamentos de quimioterapia en el momento justo: Ultrasonido y hidrogeles de auto-sanación ofrecen medicamentos de forma no invasiva en el lugar correcto en el momento correcto


El equipo utiliza ultrasonido para desencadenar el hidrogel de alginato (a la derecha) para liberar el medicamento de quimioterapia de color azul en pulsos de dosis alta, como se indica por el color azul de nuevo el medio circundante. (La liberación del fármaco por difusión solo lleva mucho más tiempo y sería menos visible.)

Crédito: Instituto Wyss de Harvard y SEAS Harvard

Dirigido por David J. Mooney, Ph.D., miembro Core Facultad del Instituto Wyss de Harvard para Biológicamente Inspirados Ingeniería y el profesor Robert P. Pinkas Familia de Bioingeniería en la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard (SEAS), el equipo de carga un hidrogel biocompatible con un fármaco de quimioterapia y ultrasonido utilizado para activar el gel para liberar el fármaco. Al igual que muchos otros geles inyectables que se han utilizado para la entrega de drogas durante décadas, éste libera gradualmente un bajo nivel de fármaco por difusión a través del tiempo. Para aumentar temporalmente la dosis de la droga, los científicos habían ultrasonido aplicado anteriormente - pero ese enfoque era un asunto de una sola como el ultrasonido se utiliza para destruir los geles.

Este gel fue diferente.

El equipo utilizó ultrasonido para interrumpir temporalmente el gel tal que lanzó ráfagas cortas de alta dosis de la droga - similares a la apertura de una compuerta. Pero cuando dejaron el ultrasonido, sanó auto del hidrogeles. Al cerrar una copia de seguridad, que estaban dispuestos a ir a por el siguiente "a la carta" estallido de drogas - que proporciona una forma innovadora para administrar fármacos con un mucho mayor nivel de control que posible antes. Eso no es todo. El equipo también ha demostrado en cultivos de laboratorio y en ratones con tumores de cáncer de mama que el enfoque pulsada hidrogel ultrasonido disparado a la administración de fármacos fue más eficaz para detener el crecimiento de las células tumorales de la terapia con medicamentos tradicionales, de liberación sostenida.

"Nuestro enfoque contradice la idea de la liberación sostenida de drogas, y ofrece un doble golpe", dijo Mooney. "Hemos demostrado que podemos utilizar los hidrogeles en varias ocasiones y convertir los pulsos de drogas dentro y fuera a voluntad, y que las ráfagas de drogas en concierto con la administración de fármacos de bajo nivel basal parece ser particularmente eficaz para matar las células cancerosas."

El avance tiene implicaciones prometedoras para mejorar el tratamiento del cáncer y otras terapias que requieren medicamentos que se entregará en el lugar correcto y el momento adecuado - de medicamentos para el dolor después de la cirugía a los medicamentos a base de proteínas que requieren inyecciones diarias. Se requiere una inyección inicial del hidrogel, pero el enfoque podría ser un método mucho menos traumática, mínimamente invasivo y más eficaz de administración de fármacos en general, dijo Mooney.

"Queremos dar a los médicos la posibilidad de administrar fármacos lo más localmente posible combinado con la flexibilidad para controlar temporalmente la dosis", dijo el co-autor principal Nathanial Huebsch, Ph.D., quien era un estudiante graduado SEAS Harvard en el Harvard- División MIT de Ciencias de la Salud y Tecnología en el momento de la investigación y es ahora un becario postdoctoral en el Instituto Gladstone de Enfermedades Cardiovasculares en San Francisco. Por ejemplo, muchos pacientes de cáncer requieren una dosis regular de analgésicos, pero los ataques de dolor impredecibles requieren que tomen dosis mucho más grandes durante un corto tiempo.

La clave para el éxito del equipo en el diseño de un hidrogel que la auto-cura es elegir el tipo correcto de hidrogel con el tipo correcto de las drogas - y la aplicación de la intensidad adecuada de la ecografía.

"Hemos sido capaces de que nuestro sistema con un nivel de ultrasonido que era mucho más bajo que focalizados de alta intensidad de ultrasonido que se utiliza clínicamente para calentar y destruir los tumores", dijo el co-autor principal Cathal Kearney, Ph.D., quien era un Becario Postdoctoral en SEAS en el momento del estudio. Él es ahora un investigador senior en el Royal College of Surgeons de Irlanda (RCSI). "La cuidadosa selección de materiales y propiedades lo convierten en un proceso reversible", dijo Kearney.

El equipo llevó a cabo la mayor parte de su trabajo para este estudio con un gel hecho de alginato, un polisacárido natural de las algas que se celebra junto con los iones de calcio. En una serie de pruebas de laboratorio encontraron que con el nivel adecuado de la ecografía, los enlaces se rompen y permiten que el gel para liberar su carga de drogas - pero siempre y cuando el gel en la presencia de más de calcio, la reforma de los bonos y la geles de autocuración.

Una vez que el equipo sabía que el gel se auto-sanar, probaron un fármaco que sospechaban que celebraría bien - en este caso un medicamento de quimioterapia llamado mitoxantrona, que a menudo se utiliza para tratar el cáncer de mama. Efectivamente, el ultrasonido desencadenó el gel para liberar el fármaco de color azul, como se indica por el color azul de nuevo el medio circundante. Sólo una dosis de ultrasonido solo fue efectivo, y el gel reformó después de que fuera interrumpido, por lo que múltiples ciclos posible.

A continuación, se probaron el tratamiento en ratones que tenían tumores de cáncer de mama humano implantados en sus cuerpos. Se inyectó el gel cargado de drogas cerca de los tumores, y en el transcurso de seis meses, los ratones que recibieron un comunicado de bajo nivel sostenida del fármaco con un pulso concentrado diaria de ultrasonido (sólo 2,5 minutos) les fue significativamente mejor que los ratones tratados el mismo pero sin ultrasonido. En contraste con los otros grupos, los tumores en los ratones tratados con ultrasonido no crecieron sustancialmente y los ratones sobrevivieron durante un período adicional de 80 días para arrancar.

"Estos resultados demuestran cómo aplicar enfoques de ingeniería nuevos y nanomateriales programables pueden crear enteramente nuevas soluciones a los problemas médicos críticos", dijo Wyss Instituto Director Fundador Don Ingber, MD, Ph.D., quien es también el Profesor Judah Folkman de Biología Vascular en Harvard Escuela de Medicina y el Hospital de Niños de Boston, y profesor de Bioingeniería en SEAS Harvard. "Trabajo de Dave muestra que estos nuevos hidrogeles sensibles que remodelan reversible cuando se expone a energía de ultrasonidos en la nanoescala no sólo proporcionar una nueva manera de administrar los medicamentos de la demanda, sino que también producen mejores respuestas a la terapia incluso en una enfermedad como difícil de tratar el cáncer. "

Este avance de usar pulsos de ultrasonidos simples e hidrogeles fácilmente disponibles en una nueva forma viene de la mano de obra de Mooney utilizando láseres de baja potencia para activar las células madre para regenerar el material que compone los dientes. El equipo también demostró que el gel puede liberar otros tipos de carga, así, como las proteínas, lo que sienta las bases para potencialmente el uso de estos hidrogeles para la regeneración de tejidos y ADN plásmido condensada - lo que sugiere su posible uso en terapia génica.

Ellos planean explorar estas otras aplicaciones potenciales, así como la posibilidad de desatar dos fármacos diferentes de forma independiente desde el mismo hidrogel, dijo Mooney.