Los ingenieros del MIT desarrollaron un parche programable de administración de fármacos que puede promover la curación de tejidos y el recrecimiento de vasos sanguíneos después de un ataque cardíaco.
Los ingenieros del MIT han desarrollado un parche flexible de administración de fármacos que se puede colocar en el corazón después de un ataque cardíaco para ayudar a promover la curación y la regeneración del tejido cardíaco.
El nuevo parche está diseñado para transportar varios medicamentos diferentes que pueden liberarse en diferentes momentos, según un cronograma preprogramado. En un estudio con ratas, los investigadores demostraron que este tratamiento redujo la cantidad de tejido cardíaco dañado en un 50 por ciento y mejoró significativamente la función cardíaca.
Si se aprueba su uso en humanos, este tipo de parche podría ayudar a las víctimas de ataques cardíacos a recuperar más de su función cardíaca de lo que es posible ahora, dicen los investigadores.
“Cuando alguien sufre un ataque cardíaco importante, el tejido cardíaco dañado no se regenera eficazmente, lo que provoca una pérdida permanente de la función cardíaca. El tejido dañado no se recupera”, dice Ana Jaklenec, investigadora principal del Instituto Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer del MIT. “Nuestro objetivo es restaurar esa función y ayudar a las personas a recuperar un corazón más fuerte y resistente después de un infarto de miocardio”
Jaklenec y Robert Langer, el David H. Profesor del Instituto Koch en el MIT y miembro del Instituto Koch, son los autores principales del nuevo estudio, que aparece actualmente en Biomateriales celulares. La ex postdoctorada del MIT Erika Wang es la autora principal del artículo.
Administración programada de medicamentos
Después de un ataque cardíaco, muchos pacientes terminan sometiéndose a una cirugía de bypass, que mejora el flujo sanguíneo al corazón pero no repara el tejido cardíaco dañado. En el nuevo estudio, el equipo del MIT quería crear un parche que pudiera aplicarse al corazón al mismo tiempo que se realiza la cirugía.
Esperaban que este parche pudiera administrar medicamentos durante un período prolongado para promover la curación de los tejidos. Muchas enfermedades, incluidas las cardíacas, requieren un tratamiento de fase específica, pero la mayoría de los sistemas liberan medicamentos de una sola vez. El parto cronometrado sincroniza mejor la terapia con la recuperación.
“Queríamos ver si es posible ofrecer una intervención terapéutica orquestada con precisión para ayudar a curar el corazón, justo en el lugar del daño, mientras el cirujano ya está realizando una cirugía a corazón abierto”, dice Jaklenec.
Para lograrlo, los investigadores se propusieron adaptar micropartículas de administración de fármacos que habían desarrollado previamente, que consisten en cápsulas similares a pequeñas tazas de café con tapa. Estas cápsulas están hechas de un polímero llamado PLGA y pueden sellarse con un medicamento en su interior.
Al cambiar el peso molecular de los polímeros utilizados para formar las tapas, los investigadores pueden controlar qué tan rápido se degradan, lo que les permite programar las partículas para que liberen su contenido en momentos específicos. Para esta aplicación, los investigadores diseñaron partículas que se descomponen durante los días 1 a 3, los días 7 a 9 y los días 12 a 14 después de la implantación.
Esto les permitió idear un régimen de tres medicamentos que promueven la curación del corazón de diferentes maneras. El primer conjunto de partículas libera neuregulina-1, un factor de crecimiento que ayuda a prevenir la muerte celular. En el siguiente momento, las partículas liberan VEGF, un factor de crecimiento que promueve la formación de vasos sanguíneos que rodean el corazón. El último lote de partículas libera un fármaco de molécula pequeña llamado GW788388, que inhibe la formación de tejido cicatricial que puede ocurrir después de un ataque cardíaco.
“Cuando el tejido se regenera, sigue una serie de pasos cuidadosamente cronometrados”, dice Jaklenec. “Dr. Wang creó un sistema que entrega componentes clave en el momento justo, en la secuencia que el cuerpo utiliza naturalmente para sanar”
Los investigadores incrustaron filas de estas partículas en láminas delgadas de un hidrogel resistente pero flexible, similar a una lente de contacto. Este hidrogel está hecho de alginato y PEGDA, dos polímeros biocompatibles que eventualmente se descomponen en el cuerpo. Para este estudio, los investigadores crearon parches compactos y en miniatura de sólo unos pocos milímetros de diámetro.
“Encapsulamos conjuntos de estas partículas en un parche de hidrogel y luego podemos implantar quirúrgicamente este parche en el corazón. De esta manera, realmente estamos programando el tratamiento en este material”, dice Wang.
Mejor función cardíaca
Una vez creados estos parches, los investigadores los probaron en esferas de tejido cardíaco que incluían cardiomiocitos generados a partir de células madre pluripotentes inducidas. Estas esferas también incluían células endoteliales y fibroblastos cardíacos ventriculares humanos, que también son componentes importantes del corazón.
Los investigadores expusieron esas esferas a condiciones de bajo oxígeno, imitando los efectos de un ataque cardíaco, y luego colocaron los parches sobre ellas. Descubrieron que los parches promovían el crecimiento de los vasos sanguíneos, ayudaban a que más células sobrevivieran y reducían la cantidad de fibrosis que se desarrollaba.
En pruebas realizadas en un modelo de ataque cardíaco en ratas, los investigadores también observaron mejoras significativas después del tratamiento con el parche. En comparación con ningún tratamiento o inyección intravenosa de los mismos medicamentos, los animales tratados con el parche mostraron tasas de supervivencia un 33 por ciento más altas y una reducción del 50 por ciento en la cantidad de tejido dañado, y aumentó significativamente el gasto cardíaco.
Los investigadores demostraron que las manchas eventualmente se disolverían con el tiempo, convirtiéndose en una capa muy delgada en el transcurso de un año sin alterar la función mecánica del corazón.
“Esta es una forma importante de combinar la administración de fármacos y biomateriales con tratamientos potencialmente nuevos para los pacientes”, dice Langer.
De los fármacos probados en este estudio, la neuregulina-1 y el VEGF se han probado en ensayos clínicos para tratar afecciones cardíacas, pero GW788388 solo se ha explorado en modelos animales. Los investigadores ahora esperan probar sus parches en modelos animales adicionales con la esperanza de realizar un ensayo clínico en el futuro.
La versión actual del parche debe implantarse quirúrgicamente, pero los investigadores están explorando la posibilidad de incorporar estas micropartículas en stents que podrían insertarse en las arterias para administrar medicamentos según un cronograma programado.
Otros autores del artículo incluyen a Elizabeth Calle, Binbin Ying, Behnaz Eshaghi, Linzixuan Zhang, Xin Yang, Stacey Qiaohui Lin, Jooli Han, Alanna Backx, Yuting Huang, Sevinj Mursalova, Chuhan Joyce Qi, y Yi Liu.
Los investigadores contaron con el apoyo del Consejo de Investigación en Ciencias Naturales e Ingeniería de Canadá y Estados Unidos. Instituto Nacional del Corazón, los Pulmones y la Sangre.
Fuente: Massachusetts Institute of Technology/ news.mit.edu
