Investigadores desarrollan nuevo método para estimular de forma remota la actividad en regiones profundas del cerebro

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Los investigadores de la Universidad de Texas en Dallas han desarrollado un método prometedor para estimular de forma remota la actividad en las regiones profundas del cerebro, mejorando la comprensión de cómo actúan las moléculas en el cerebro y allanando el camino para mejores tratamientos y terapias contra el cáncer para otras enfermedades, según se informa en este artículo revisado por la Dra. Emily Henderson, B.Sc., y publicado originalmente por la página de información médica NEWS MEDICAL, en su portal web oficial news-medical.net, y que compartimos con ustedes queridos seguidores.

El enfoque se basa en la poderosa combinación de nanopartículas de oro y láseres, que también desempeña un papel fundamental en otro proyecto de investigación de UT Dallas destinado a desarrollar una prueba de diagnóstico rápido para la influenza y, posiblemente, el virus COVID-19.

Oro para neuromodulación

La luz es una herramienta importante para modular los sistemas biológicos, pero la absorción y dispersión en los tejidos biológicos limitan significativamente su penetración. El sistema desarrollado por investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias de la Computación de Erik Jonsson y la Escuela de Ciencias del Comportamiento y del Cerebro empaqueta moléculas dentro de cápsulas microscópicas recubiertas de oro, o nanovesículas, que pueden ser muy sensibles a la luz infrarroja cercana.

El sistema podría resolver desafíos en el tratamiento de enfermedades, como garantizar que se administre la medicación a los tumores difíciles de alcanzar en las regiones profundas del cerebro, mientras se reduce el daño al tejido sano. Usando ese ejemplo, las nanovesículas y su carga se inyectan en el tejido cerebral. Los láseres externos de infrarrojo cercano que penetran en el tejido hacen que las cápsulas se abran y liberen el medicamento. Los investigadores describen el enfoque y los resultados de las pruebas en un modelo animal en un artículo publicado en línea en la revista de química Angewandte Chemie .

«Nuestro sistema convierte la luz en una onda mecánica que sacude la vesícula»- Dr. Zhenpeng Qin, profesor asistente de ingeniería mecánica en UT Dallas y autor correspondiente del estudio. –

Otros investigadores han utilizado la luz infrarroja cercana para desencadenar nanopartículas transportadoras de drogas, como los liposomas de fosfolípidos, que liberan su carga cuando se calientan con el láser, pero el enfoque de Qin con nanovesículas recubiertas de oro usa aproximadamente 40 veces menos energía del láser.

En pruebas en modelos animales, Qin y sus colegas descubrieron que la luz infrarroja cercana penetraba 4 milímetros en el cerebro, lo que era suficiente para alcanzar la mayoría de las regiones cerebrales objetivo. Qin dijo que anticipa que el láser penetra lo suficiente como para alcanzar objetivos profundos en el cerebro de roedores que ayudarán a responder preguntas importantes en la neuromodulación.

«Queremos mejorar la sensibilidad de las pruebas para que los médicos puedan emitir un juicio justo en frente del paciente, para poder decir si lo tienes o no».

Si bien el sistema de nanovesículas debe someterse a un mayor desarrollo y pruebas antes de que pueda usarse en la atención clínica, Qin dijo que el enfoque eventualmente podría aplicarse a trastornos neurológicos u otros tipos de cáncer. El Dr. Hejian Xiong, investigador asociado en el laboratorio de Qin y coautor del artículo de la revista, recibió una nueva beca postdoctoral del Centro de Investigación de Fosfolípidos en Alemania para estudiar el uso de nanovesículas recubiertas de oro y láseres ultra cortos de infrarrojo cercano para apuntar y aliviar el dolor en pacientes después de la cirugía. El proyecto tiene como objetivo proporcionar un sistema de control del dolor ajustable que pueda reducir la necesidad de opioides.

Pruebas de enfermedades infecciosas.

En un proyecto de investigación separado, Qin recibió recientemente una subvención de $ 293,000 de los Programas de Investigación Médica Dirigidos por el Congreso para desarrollar una prueba rápida, precisa y menos costosa para enfermedades infecciosas, incluida la influenza, que podría llevarse a cabo en los consultorios médicos. El principio de prueba también podría aplicarse para diagnosticar COVID-19.

Si bien muchos médicos realizan pruebas rápidas de gripe en el sitio, las pruebas pueden pasar por alto la influenza en 30% a 50% de los casos, según los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades. Las muestras deben enviarse a un laboratorio para un diagnóstico preciso, lo que puede llevar días.

«Queremos mejorar la sensibilidad de las pruebas para que los médicos puedan emitir un juicio justo delante del paciente, para poder decir si lo tienes o no», dijo Qin.

En el método de prueba, las nanopartículas de oro se unen a moléculas de anticuerpos que pueden reconocer y unirse a las moléculas de proteínas que se encuentran en la superficie de los virus. Los investigadores aplican pulsos láser cortos para activar las nanopartículas para generar burbujas a nanoescala o nanoburbujas. La acumulación de las nanoburbujas señala la presencia de un virus.

«Al usar la óptica para detectar y contar las nanoburbujas, podemos detectar de manera sensible y rápida la presencia de virus respiratorios específicos», dijo Qin.

Una de las ventajas del enfoque es que no requeriría una preparación extensa de la muestra, dijo Qin. El método podría ayudar a los médicos a diagnosticar virus mucho más rápido y reducir los costos de atención médica al eliminar la necesidad de costosas visitas al laboratorio. El enfoque podría usarse para detectar un solo virus o múltiples virus.

Finalmente, los investigadores prevén que la prueba se use ampliamente en hospitales y clínicas que no tienen laboratorios; sin embargo, el método de diagnóstico deberá probarse más antes de que pueda estar ampliamente disponible.

El grupo de Qin no está trabajando con el coronavirus vivo, solo con genes virales, proteínas y anticuerpos. Qin ha obtenido previamente tales muestras de pacientes para su investigación sobre el virus sincitial respiratorio y la gripe.

Una colaboración interdisciplinaria

Otros autores de UT Dallas del estudio Angewandte Chemie del Departamento de Ingeniería Mecánica son los coautores Xiong y el Dr. Xiuying Li, científico investigador, así como Peiyuan Kang, un estudiante de doctorado. Otros colaboradores incluyen investigadores de la Facultad de Ciencias del Comportamiento y del Cerebro: el Dr. Jonathan Ploski, profesor asociado; Dr. Sven Kroener, profesor asociado; y John Perish, estudiante de doctorado en cognición y neurociencia.

Investigadores del Centro Nacional Suizo de Competencia en Investigación en Biología Química, Universidad de Minnesota, Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging en Massachusetts General Hospital / Harvard Medical School, Icahn School of Medicine en Mount Sinai y Acthera Therapeutics en Suiza también contribuyeron .

Fuente: Universidad de Texas en Dallas

Referencia del diario: Xiong, H. y col. (2020) Liberación activada por luz infrarroja cercana en regiones cerebrales profundas utilizando nanovesículas ultra fotosensibles. Angewandte Chemie . doi.org/10.1002/ange.201915296.

Vía: News-medical