Nanoingenieros de la Universidad de California en San Diego han demostrado por primera vez el uso de micromotores para tratar una infección bacteriana en el estómago. Estos diminutos vehículos, cada uno de aproximadamente la mitad del ancho de un cabello humano, nadan rápidamente por el estómago mientras neutralizan el ácido gástrico y luego liberan su carga de antibióticos al pH deseado. Los investigadores publicaron sus hallazgos el 16 de agosto en Nature Communications .
Este enfoque de administración habilitado por micromotor es un método nuevo y prometedor para tratar enfermedades del tracto estomacal y gastrointestinal con medicamentos sensibles a los ácidos, dijeron los investigadores. El esfuerzo es una colaboración entre los grupos de investigación de los profesores de nanoingeniería Joseph Wang y Liangfang Zhang en la Escuela de Ingeniería UC San Diego Jacobs. Wang y Zhang fueron pioneros en la investigación sobre el funcionamiento in vivo de los micromotores y este estudio representa el primer ejemplo de micromotores que administran fármacos para el tratamiento de infecciones bacterianas.
El ácido gástrico puede ser destructivo para los medicamentos administrados por vía oral, como los antibióticos y los productos farmacéuticos a base de proteínas. Los medicamentos utilizados para tratar infecciones bacterianas, úlceras y otras enfermedades del estómago normalmente se toman con sustancias adicionales, llamadas inhibidores de la bomba de protones, para suprimir la producción de ácido gástrico. Pero cuando se toman durante períodos más largos o en dosis altas, los inhibidores de la bomba de protones pueden causar efectos secundarios adversos, como dolores de cabeza, diarrea y fatiga. En casos más graves, pueden causar ansiedad o depresión.
Los micromotores tienen un mecanismo incorporado para neutralizar el ácido gástrico y entregar de manera efectiva sus cargas útiles de medicamentos en el estómago, sin el uso de inhibidores de la bomba de protones.
“Es un tratamiento de un solo paso con estos micromotores, que combina la neutralización del ácido con la acción terapéutica”, dijo Berta Esteban-Fernández de Ávila, becaria postdoctoral en el grupo de investigación de Wang en UC San Diego y coautora principal del artículo.
Cada micromotor consta de un núcleo esférico de magnesio recubierto con una capa protectora de dióxido de titanio, seguido de una capa del antibiótico claritromicina y una capa exterior de un polímero con carga positiva llamado quitosano que permite que los motores se adhieran a la pared del estómago.
Esta unión también se ve reforzada por la propulsión de los micromotores, que se alimenta del propio ácido del estómago. Los núcleos de magnesio reaccionan con el ácido gástrico, generando una corriente de microburbujas de hidrógeno que impulsan los motores dentro del estómago. Esta reacción también reduce temporalmente la cantidad de ácido en el estómago, aumentando el nivel de pH lo suficiente como para permitir que los micromotores liberen el fármaco y realicen el tratamiento. El pH normal del estómago se restablece en 24 horas.
Los investigadores probaron los micromotores en ratones con infecciones por Helicobacter pylori . Los micromotores, repletos de una dosis clínica del antibiótico claritromicina, se administraron por vía oral una vez al día durante cinco días consecutivos. Posteriormente, los investigadores evaluaron el recuento de bacterias en el estómago de cada ratón y encontraron que el tratamiento con los micromotores fue ligeramente más efectivo que cuando se administró la misma dosis de antibiótico en combinación con inhibidores de la bomba de protones.
Los micromotores están fabricados en su mayoría con materiales biodegradables. Los núcleos de magnesio y las capas de polímero se disuelven con ácido gástrico sin producir residuos nocivos.
Los investigadores dicen que si bien los resultados actuales son prometedores, este trabajo aún se encuentra en una etapa inicial. El equipo está planificando estudios futuros para evaluar más a fondo el rendimiento terapéutico de los micromotores in vivo y compararlo con otras terapias estándar contra enfermedades estomacales. Los investigadores también planean probar diferentes combinaciones de medicamentos con los micromotores para tratar múltiples enfermedades en el estómago o en diferentes secciones del tracto gastrointestinal. En general, los investigadores dicen que este trabajo abre la puerta al uso de motores sintéticos como plataformas de administración activa para el tratamiento in vivo de enfermedades.
Título del artículo: “Micromotor-Enabled Active Drug Delivery for In Vivo Treatment of Stomach Infection” por Berta Esteban-Fernandez de Avila, Pavimol Angsantikul, Jinxing Li, Miguel Angel Lopez-Ramirez, Doris E. Ramirez-Herrera, and Soracha Thamphiwatana, Chuanrui Chen, Jorge Delezuk, Richard Samakapiruk, Valentin Ramez, Liangfang Zhang y Joseph Wang, todos de UC San Diego.
*Estos autores contribuyeron igualmente a este trabajo.
Este trabajo cuenta con el apoyo de la Oficina Conjunta de Ciencia y Tecnología de la Agencia de Reducción de Amenazas de Defensa para la Defensa Química y Biológica (números de concesión HDTRA1-13-1-0002 y HDTRA1-14-1-0064) y por el Instituto Nacional de Diabetes y Enfermedades Digestivas y Renales. Enfermedades de los Institutos Nacionales de Salud (número de premio R01DK095168).
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