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Default @ June 17, 2013

Pantalla drogas alta velocidad desarrollado

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Ingenieros del MIT han ideado una manera de probar rápidamente cientos de diferentes vehículos de liberación de fármacos en animales vivos, por lo que es más fácil de descubrir nuevas maneras prometedoras para ofrecer una clase de medicamentos llamados biológicos, que incluye anticuerpos, péptidos, ARN y ADN, a humano pacientes.

Pantalla drogas alta velocidad desarrollado


Mehmet Fatih Yanik.

Crédito: M. Scott Brauer

En un estudio que aparece en la revista Integrative Biology, los investigadores utilizaron esta tecnología para identificar los materiales que pueden entregar eficientemente ARN para el pez cebra y también a los roedores. Este tipo de pantalla de alta velocidad podría ayudar a superar uno de los principales cuellos de botella en el desarrollo de tratamientos de enfermedades basados ​​en la biología: Es difícil encontrar maneras seguras y eficaces para lanzarlas.

"Los biológicos es el campo de más rápido crecimiento en biotecnología, ya que le da la capacidad de hacer diseños altamente predictivos con posibilidades de marketing únicas", dice el autor principal Mehmet Fatih Yanik, profesor asociado de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación y la ingeniería biológica. "Sin embargo, la entrega de los productos biológicos de los tejidos enfermos es un reto, ya que son significativamente más grandes y más complejos que los fármacos convencionales."

"Al combinar este trabajo con nuestro sistema de cribado de alto rendimiento publicado anteriormente, somos capaces de crear una fuente de descubrimiento de fármacos con una eficacia nunca habíamos imaginado antes", añade Tsung-Yao Chang, un receptor reciente doctorado del MIT y uno de los de papel de autores principales.

Peng Shi, un ex investigador postdoctoral del MIT que ahora es profesor asistente en la Universidad de Hong Kong, es otro autor principal del artículo.

Pescado al vuelo

El pez cebra se utilizan comúnmente para modelar enfermedades humanas, en parte porque sus larvas son transparentes, por lo que es fácil de ver los efectos de las mutaciones genéticas o drogas.

En 2010, el equipo de Yanik desarrolló una tecnología para mover rápidamente las larvas de pez cebra a una plataforma de imágenes, orientándolas correctamente y obtener imágenes de ellos. Este tipo de sistema automatizado que permite hacer estudios a gran escala, porque el análisis de cada larva tarda menos de 20 segundos, en comparación con los varios minutos que se necesitaría para un científico para evaluar las larvas con la mano.

Para este estudio, el equipo de Yanik desarrollado una nueva tecnología para inyectar ARN realizado por nanopartículas llamadas lipidoids, previamente diseñados por Daniel Anderson, profesor asociado de ingeniería química, miembro del Instituto Koch Integrativa de Investigación y el Instituto del Cáncer de Ingeniería Médica y Ciencia, y un autor del nuevo documento. Estas moléculas grasas han demostrado ser prometedores como vehículos de administración de la interferencia de ARN, un proceso que permite a los genes causantes de enfermedades que se apagan con pequeñas cadenas de ARN.

El grupo de Yanik probado unos 100 lipidoids que no había realizado bien en las pruebas de la entrega de ARN en las células cultivadas en una placa de laboratorio. Ellos diseñaron cada lipidoid llevar ARN que expresa una proteína fluorescente, lo que les permite rastrear fácilmente la entrega de ARN, y se inyectan las lipidoids en el líquido cefalorraquídeo del pez cebra.

Para automatizar este proceso, los peces cebra fueron orientados ya sea lateral o dorsal, una vez que llegaron a la plataforma de observación. Una vez que las larvas se alinea correctamente, se inmovilizaron por un hidrogel. Entonces, el complejo lipidoid-ARN se inyecta de forma automática, guiada por un algoritmo de la visión por ordenador. El sistema puede ser adaptado para dirigirse a cualquier órgano, y el proceso tarda unos 14 segundos por pez.

Unas horas después de la inyección, los investigadores tomó imágenes de la pez cebra para ver si muestran cualquier proteína fluorescente en el cerebro, que indica si el ARN entró con éxito el tejido cerebral, fue tomada por las células, y expresaron la proteína deseada.

Los investigadores encontraron que varios lipidoids que no había realizado bien en células cultivadas hicieron entregar ARN de manera eficiente en el modelo de pez cebra. Ellos luego probaron seis lipidoids mejores y peores resultados seleccionados al azar en ratas y descubrieron que la correlación entre el rendimiento en ratas y en el pez cebra estaba del 97 por ciento, lo que sugiere que el pez cebra son un buen modelo para predecir el éxito de entrega de drogas en los mamíferos.

"La capacidad de identificar útiles nanopartículas de administración de fármacos utilizando este sistema miniaturizado tiene un gran potencial para acelerar nuestro proceso de descubrimiento", dice Anderson.

"La pantalla de material lipidoid es sólo un ejemplo mostrado en este artículo, una estrategia similar se puede extender fácilmente a otras bibliotecas u otros sistemas de órganos", añade Peng.

Jeff Karp, profesor asociado de medicina de la Facultad de Medicina de Harvard, que no fue parte del equipo de investigación, dice que esta obra es "un excelente ejemplo de aprovechamiento de un equipo multidisciplinario para tecnologías complementarias asociadas con el fin de resolver un problema unificado. Yanik y colegas , que tiene una amplia experiencia con la selección de alto rendimiento en el pez cebra y otros animales pequeños, se han unido con Anderson et al., que son los principales expertos en la entrega de ARN, para crear una nueva plataforma para el cribado rápido biológicos y métodos para librarlos. Este enfoque debe tener utilidad a través de múltiples áreas de la enfermedad ".

Nuevas pistas

Los investigadores ahora están utilizando lo que aprendieron sobre los lipidoids más exitosas identificadas en este estudio para tratar de diseñar incluso mejores posibilidades. "Si podemos obtener ciertas características de diseño de las pantallas, puede guiarnos para diseñar bibliotecas combinatorias de mayor tamaño sobre la base de estos cables," dice Yanik.

El laboratorio de Yanik está utilizando actualmente esta tecnología para encontrar vehículos de reparto que pueden llevar biológicos a través de la barrera sangre-cerebro - una barrera muy selectiva que hace que sea difícil para fármacos u otras moléculas grandes para entrar en el cerebro a través del torrente sanguíneo.

La investigación fue financiada por los Institutos Nacionales de la Salud, el Premio Packard en Ciencias e Ingeniería, Sanofi Pharmaceuticals, Foxconn Technology Group, y la Fundación Hertz.