Cuando un theragripper abierto, a la izquierda, se expone a la temperatura interna del cuerpo, se cierra sobre la pared instestinal. En el centro de la pinza hay un espacio para una pequeña dosis de un medicamento. Crédito: Universidad Johns Hopkins
Los «Theragrippers» están inspirados en un gusano parásito que se sujeta a los intestinos de su huésped.
Inspirándose en un gusano parásito que clava sus afilados dientes en los intestinos de su huésped, los investigadores de Johns Hopkins han diseñado pequeños microdispositivos en forma de estrella que pueden adherirse a la mucosa intestinal y liberar fármacos en el cuerpo.
David Gracias, Ph.D., profesor de la Escuela de Ingeniería Whiting de la Universidad Johns Hopkins, y el gastroenterólogo de Johns Hopkins Florin M. Selaru, MD, director del Centro de Enfermedad Inflamatoria del Intestino Johns Hopkins, dirigieron un equipo de investigadores e ingenieros biomédicos que microdispositivos diseñados y probados que cambian de forma que imitan la forma en que la anquilostomiasis parásita se adhiere 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 recientemente los resultados de un estudio en animales como artículo de portada de la revista. Avances científicos.
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, atraviesan completamente el tracto gastrointestinal antes de terminar de dispensar su medicamento.
Un theragripper es aproximadamente del tamaño de una mota de polvo. Este hisopo contiene docenas de pequeños dispositivos. Crédito: Universidad Johns Hopkins
“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 transportadores de medicamentos que pueden adherirse de manera autónoma a la mucosa intestinal y mantener la carga de medicamentos dentro del tracto gastrointestinal durante un período de 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 controlarse mediante 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 revestimiento 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 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.
Referencia: «Los microdispositivos que cambian de forma, residentes en el aparato digestivo extienden la liberación de fármacos in vivo» por Arijit Ghosh, Ling Li, Liyi Xu, Ranjeet P. Dash, Neha Gupta, Jenny Lam, Qianru Jin, Venkata Akshintala, Gayatri Pahapale, Wangqu Liu, Anjishnu Sarkar, Rana Rais, David H. Gracias y Florin M. Selaru, 28 de octubre de 2020, Avances científicos.
DOI: 10.1126 / sciadv.abb4133
Además de Gracias y Selaru, los autores del artículo de la revista son Arijit Ghosh, Liyi Xu, Neha Gupta, Qianru Lin, Gayatri Pahapale, Wangqu Lu y Anjishnu Sarkar del Departamento de Ingeniería Química y Biomolecular de la Universidad Johns Hopkins; Ling Li y Venkata Akshintala de la División de Gastroenterología y Hepatología de la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins; Ranjeet Dash, Jenny Lam y Rana Rais de Johns Hopkins Drug Discovery y del Departamento de Neurología de la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins.
El trabajo fue financiado por el Instituto Nacional de Bioingeniería e Imágenes Biomédicas de los Institutos Nacionales de Salud y la Fundación Nacional de Ciencias. La Universidad Johns Hopkins ha presentado patentes en nombre de Gracias y Selaru relacionadas con esta tecnología de acuerdo con las políticas de conflicto de intereses de la universidad.
La tecnología está disponible para licencia a través de Johns Hopkins Technology Ventures.