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El tratamiento potencial de la osteoartritis previene la ruptura del cartílago: El material inyectable hecho de partículas a nanoescala puede administrar medicamentos para la artritis en todo el cartílago

Osteoartritis, una enfermedad que causa dolor severo en las articulaciones, afecta a más de 20 millones de personas en los Estados Unidos. Algunos tratamientos farmacológicos pueden ayudar a aliviar el dolor., pero no existen tratamientos que puedan revertir o retardar la descomposición del cartílago asociada con la enfermedad.

Un avance que podría mejorar las opciones de tratamiento disponibles para la artrosis, Ingenieros del MIT han diseñado un nuevo material que puede administrar fármacos directamente al cartílago. El material puede penetrar profundamente en el cartílago., entregar medicamentos que potencialmente podrían curar el tejido dañado.

Seis días después del tratamiento con IGF-1 transportado por nanopartículas dendrímeras (azul), las partículas han penetrado a través del cartílago de la articulación de la rodilla. Imagen: Brett Geiger y Jeff Wyckoff

“Esta es una forma de llegar directamente a las células que están sufriendo el daño., e introducir diferentes tipos de terapias que podrían cambiar su comportamiento,” dice Paula Hammond, jefe del Departamento de Ingeniería Química del MIT, miembro del Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer del MIT, y el autor principal del estudio.

En un estudio en ratas, los investigadores demostraron que la administración de un fármaco experimental llamado factor de crecimiento similar a la insulina 1 (IGF-1) con este nuevo material evitó la ruptura del cartílago de manera mucho más efectiva que inyectar el medicamento en la articulación por sí solo.

Brett Geiger, un estudiante de posgrado del MIT, es el autor principal del artículo, que aparece en noviembre. 28 cuestión de Translational Medicine Ciencia. Otros autores son Sheryl Wang, un estudiante de posgrado del MIT, Roberto Padera, profesor asociado de patología en Brigham and Women's Hospital, y Alan Grodzinsky, un profesor de ingeniería biológica del MIT.

Mejor entrega

La osteoartritis es una enfermedad progresiva que puede ser causada por una lesión traumática como el desgarro de un ligamento.; también puede resultar del desgaste gradual del cartílago a medida que las personas envejecen. Un tejido conectivo suave que protege las articulaciones., el cartílago es producido por células llamadas condrocitos, pero no se reemplaza fácilmente una vez que está dañado.

Estudios previos han demostrado que el IGF-1 puede ayudar a regenerar el cartílago en animales. sin embargo, muchos medicamentos para la osteoartritis que se mostraron prometedores en estudios con animales no han tenido un buen desempeño en los ensayos clínicos.

El equipo del MIT sospechó que esto se debía a que los medicamentos se eliminaban de la articulación antes de que pudieran alcanzar la capa profunda de condrocitos a la que estaban destinados.. para superar eso, se propusieron diseñar un material que pudiera penetrar completamente a través del cartílago.

La molécula en forma de esfera que crearon contiene muchas estructuras ramificadas llamadas dendrímeros que se ramifican desde un núcleo central.. La molécula tiene una carga positiva en la punta de cada una de sus ramas., que lo ayuda a unirse al cartílago cargado negativamente. Algunos de esos cargos se pueden reemplazar con un corto flexible, polímero amante del agua, conocido como PEG, que puede oscilar en la superficie y cubrir parcialmente la carga positiva. Las moléculas de IGF-1 también se adhieren a la superficie..

Cuando estas partículas se inyectan en una articulación, cubren la superficie del cartílago y luego comienzan a difundirse a través de él. Esto es más fácil para ellos que para el IGF-1 gratuito porque las cargas positivas de las esferas les permiten unirse al cartílago y evitar que se eliminen.. Las moléculas cargadas no se adhieren permanentemente., sin embargo. Gracias a las cadenas PEG flexibles en la superficie que cubren y descubren la carga a medida que se mueven, las moléculas pueden desprenderse brevemente del cartílago, permitiéndoles moverse más profundamente en el tejido.

“Encontramos un rango de carga óptimo para que el material pueda unirse al tejido y separarse para una mayor difusión., y no ser tan fuerte que simplemente se atasque en la superficie,Geiger dice.

Una vez que las partículas alcanzan los condrocitos, las moléculas de IGF-1 se unen a los receptores en las superficies celulares y estimulan a las células para que comiencen a producir proteoglicanos, los componentes básicos del cartílago y otros tejidos conectivos. El IGF-1 también promueve el crecimiento celular y previene la muerte celular..

Reparación conjunta

Cuando los investigadores inyectaron las partículas en las articulaciones de las rodillas de las ratas, encontraron que el material tenía una vida media de unos cuatro días, cual es 10 veces más que el IGF-1 inyectado solo. La concentración de fármaco en las articulaciones se mantuvo lo suficientemente alta como para tener un efecto terapéutico durante aproximadamente 30 dias. Si esto es cierto para los humanos, los pacientes podrían beneficiarse enormemente de las inyecciones en las articulaciones, que solo se pueden administrar mensual o quincenalmente, dicen los investigadores.

En los estudios con animales, los investigadores descubrieron que el cartílago de las articulaciones lesionadas tratadas con la combinación de nanopartículas y fármacos estaba mucho menos dañado que el cartílago de las articulaciones no tratadas o las articulaciones tratadas solo con IGF-1. Las articulaciones también mostraron reducciones en la inflamación de las articulaciones y la formación de espolones óseos..

“Esta es una prueba de concepto importante que se basa en los avances recientes en la identificación de factores de crecimiento anabólicos con promesa clínica (como IGF-1), con resultados prometedores de modificación de la enfermedad en un modelo clínicamente relevante. La entrega de factores de crecimiento usando nanopartículas de una manera que sostiene y mejora los tratamientos para la osteoartritis es un paso significativo para los nanomedicamentos," dice Kannan Rangaramanujam, profesor de oftalmología y codirector del Centro de Nanomedicina de la Escuela de Medicina Johns Hopkins, quien no estuvo involucrado en la investigación.

El cartílago en las articulaciones de las ratas es aproximadamente 100 micras de espesor, pero los investigadores también demostraron que sus partículas podían penetrar trozos de cartílago hasta 1 milímetro: el grosor del cartílago en una articulación humana.

“Eso es algo muy difícil de hacer. Las drogas generalmente se eliminan antes de que puedan moverse a través de gran parte del cartílago.,Geiger dice. “Cuando empiezas a pensar en traducir esta tecnología de estudios en ratas a animales más grandes y algún día a humanos, la capacidad de esta tecnología para tener éxito depende de su capacidad para trabajar en cartílagos más gruesos”.

Los investigadores comenzaron a desarrollar este material como una forma de tratar la osteoartritis que surge después de una lesión traumática., pero creen que también podría adaptarse para tratar la artrosis relacionada con la edad. Ahora planean explorar la posibilidad de entregar diferentes tipos de medicamentos, como otros factores de crecimiento, medicamentos que bloquean las citoquinas inflamatorias, y ácidos nucleicos como el ADN y el ARN.


Fuente: http://news.mit.edu, por Anne Trafton

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