Inspirándose en un gusano parásito que clava sus afilados dientes en los intestinos de su huésped, los investigadores de Johns Hopkins han diseñado diminutos microdispositivos en forma de estrella que pueden adherirse a la mucosa intestinal y liberar fármacos en el cuerpo.
El Dr. David Gracias, profesor de la Escuela de Ingeniería Whiting de la Universidad Johns Hopkins, y el gastroenterólogo de Johns Hopkins, Florin M. Selaru, director del Centro de Enfermedad Inflamatoria del Intestino, dirigieron un equipo de investigadores e ingenieros biomédicos que diseñaron y probaron microdispositivos que cambian de forma que imitan la forma en que la anquilostomiasis parásitaria se fija a los intestinos de un organismo.
Hechos de metal y una película delgada que cambia de forma y recubiertos con una cera de parafina sensible al calor, los "theragrippers", cada uno aproximadamente del tamaño de una mota de polvo, potencialmente pueden transportar cualquier medicamento y liberarlo gradualmente en el cuerpo. El equipo publicó los resultados de un estudio con animales como artículo de portada en la revista Science Advances.
La liberación gradual o prolongada de un fármaco es un objetivo muy buscado en la medicina. Selaru explica que un problema con los medicamentos de liberación prolongada es que a menudo se abren paso por completo a través del tracto gastrointestinal antes de terminar de dispensar su medicamento.
"La constricción y relajación normales de los músculos del tracto gastrointestinal hacen imposible que los medicamentos de liberación prolongada permanezcan en el intestino el tiempo suficiente para que el paciente reciba la dosis completa", dice Selaru, quien ha colaborado con Gracias durante más de 10 años. "Hemos estado trabajando para resolver este problema mediante el diseño de estos pequeños portadores de fármacos que pueden adherirse de forma autónoma a la mucosa intestinal y mantener la carga de fármaco dentro del tracto gastrointestinal durante el tiempo deseado".
Se pueden desplegar miles de theragrippers en el tracto gastrointestinal. Cuando el recubrimiento de cera de parafina de las pinzas alcanza la temperatura dentro del cuerpo, los dispositivos se cierran de forma autónoma y se sujetan a la pared colónica. La acción de cierre hace que los diminutos dispositivos de seis puntas se claven en la mucosa y permanezcan adheridos al colon, donde se retienen y liberan gradualmente sus cargas útiles de medicamentos en el cuerpo. Eventualmente, los theragrippers pierden su agarre en el tejido y se eliminan del intestino a través de la función muscular gastrointestinal normal. Gracias destaca los avances en el campo de la ingeniería biomédica en los últimos años.
"Hemos visto la introducción de dispositivos inteligentes microfabricados dinámicos que pueden ser controlados por señales eléctricas o químicas", dice. "Pero estas pinzas son tan pequeñas que las baterías, antenas y otros componentes no caben en ellas".
Theragrippers, dice Gracias, no dependen de la electricidad, las señales inalámbricas o los controles externos. "En cambio, funcionan como pequeños resortes comprimidos con un recubrimiento activado por temperatura en los dispositivos que libera la energía almacenada de forma autónoma a la temperatura corporal".
Los investigadores de Johns Hopkins fabricaron los dispositivos con aproximadamente 6.000 theragrippers por oblea de silicio de 3 pulgadas. En sus experimentos con animales, cargaron un medicamento para aliviar el dolor en las pinzas. Los estudios de los investigadores encontraron que los animales a los que se les administraron theragrippers tenían concentraciones más altas del analgésico en el torrente sanguíneo que el grupo de control. El fármaco permaneció en los sistemas de los sujetos de prueba durante casi 12 horas frente a dos horas en el grupo de control.
Más información: Arijit Ghosh et al. Gastrointestinal-resident, shape-changing microdevices extend drug release in vivo, Science Advances (2020). DOI: 10.1126/sciadv.abb4133
Nota original: Johns Hopkins University