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Micronadador biohíbrido

Un micronadador biohíbrido, también conocido como nanorobot biohíbrido , [1] puede definirse como un micronadador que consta de componentes tanto biológicos como artificiales, por ejemplo, uno o varios microorganismos vivos unidos a una o varias partes sintéticas.

En los últimos años se han diseñado objetos nanoscópicos y mesoscópicos para moverse colectivamente mediante la inspiración directa de la naturaleza o aprovechando sus herramientas existentes. Los sistemas mesoscópicos a nanoscópicos pequeños suelen operar con números de Reynolds bajos (Re ≪ 1), y comprender su movimiento se vuelve un desafío. Para que se produzca la locomoción es necesario romper la simetría del sistema.

Además, el movimiento colectivo requiere de un mecanismo de acoplamiento entre las entidades que conforman el colectivo. Para desarrollar entidades mesoscópicas a nanoscópicas capaces de comportarse en enjambre, se ha planteado la hipótesis de que las entidades se caracterizan por una simetría rota con una morfología bien definida y funcionan con algún material capaz de recolectar energía. Si la energía recolectada da como resultado un campo que rodea al objeto, entonces este campo puede acoplarse con el campo de un objeto vecino y aportar cierta coordinación al comportamiento colectivo. Estos enjambres de robots han sido clasificados por un panel de expertos en línea entre los 10 grandes desafíos grupales no resueltos en el campo de la robótica . Aunque la investigación de su mecanismo de acción subyacente aún está en sus inicios, se han desarrollado varios sistemas que son capaces de experimentar movimientos de enjambre controlados e incontrolados mediante la recolección de energía (p. ej., luminosa, térmica, etc.).

Durante la última década, los microrobots biohíbridos, en los que microorganismos vivos móviles se integran físicamente con estructuras artificiales libres, han ganado un interés creciente para permitir la locomoción activa y la entrega de carga a un destino objetivo. Además de la motilidad, las capacidades intrínsecas de detectar y provocar una respuesta adecuada a los cambios artificiales y ambientales hacen que los microrobots biohíbridos basados ​​en células sean atractivos para el transporte de carga a las cavidades inaccesibles del cuerpo humano para la administración activa local de agentes terapéuticos y de diagnóstico.

Fondo

Características básicas de un microrobot in vivo  [2]
En un enfoque biohíbrido, estas tres características básicas pueden realizarse biológicamente mediante un microorganismo o artificialmente mediante aditamentos sintéticos. El azul indica entidades biológicas (células flageladas o diana), el rojo indica estructuras artificiales (tubos, hélices, partículas o dispositivos externos conectados). Las flechas en el panel superior izquierdo indican el actor móvil, las líneas onduladas en el panel superior derecho indican las vías de señal. El panel inferior muestra cómo se pueden llevar a cabo funcionalidades basadas en interacciones célula-célula o mediante carga sintética (partículas rojas).

Los micronadadores biohíbridos pueden definirse como micronadadores que constan de componentes tanto biológicos como artificiales, por ejemplo, uno o varios microorganismos vivos unidos a una o varias partes sintéticas. [2] [3] Los pioneros de este campo, adelantados a su tiempo, fueron Montemagno y Bachand con un trabajo de 1999 sobre estrategias específicas de unión de moléculas biológicas a sustratos nanofabricados que permiten la preparación de sistemas nanoelectromecánicos híbridos inorgánicos/orgánicos , los llamados NEMS. [4] Describieron la producción de grandes cantidades de F1-ATPasa a partir de la bacteria termófila Bacillus PS3 para la preparación de motores biomoleculares de F1-ATPasa inmovilizados en un patrón de nanoarrays de oro, cobre o níquel producidos mediante litografía por haz de electrones . Estas proteínas estaban unidas a microesferas de un micrón marcadas con un péptido sintético . En consecuencia, lograron la preparación de una plataforma con sitios químicamente activos y el desarrollo de dispositivos biohíbridos capaces de convertir la energía de los motores biomoleculares en trabajo útil. [3]

Una de las preguntas más fundamentales de la ciencia es qué define la vida. [5] El movimiento colectivo es una de las características de la vida. [6] Esto se observa comúnmente en la naturaleza en varios niveles dimensionales a medida que entidades energizadas se reúnen, en un esfuerzo concertado, en patrones agregados móviles. Estos eventos agregados móviles pueden observarse, entre muchos otros, como enjambres dinámicos ; por ejemplo, organismos unicelulares como bacterias, enjambres de langostas o el comportamiento de bandadas de pájaros. [7] [8] [9]

Desde que Newton estableció sus ecuaciones de movimiento, el misterio del movimiento a microescala ha surgido con frecuencia en la historia científica, como lo demuestran un par de artículos que conviene comentar brevemente. Primero, un concepto esencial, popularizado por Osborne Reynolds , es que la importancia relativa de la inercia y la viscosidad para el movimiento de un fluido depende de ciertos detalles del sistema bajo consideración. [3] El número de Reynolds Re , nombrado en su honor, cuantifica esta comparación como una relación adimensional de fuerzas inerciales y viscosas características:

Aquí, ρ representa la densidad del fluido; u es una velocidad característica del sistema (por ejemplo, la velocidad de una partícula nadando); l es una escala de longitud característica (por ejemplo, la talla del nadador); y μ es la viscosidad del fluido. Tomando el fluido en suspensión como agua y utilizando valores observados experimentalmente para u , se puede determinar que la inercia es importante para nadadores macroscópicos como los peces ( Re = 100), mientras que la viscosidad domina el movimiento de nadadores a microescala como las bacterias ( Re = 10 −4 ). [3]

La abrumadora importancia de la viscosidad para la natación en la escala micrométrica tiene profundas implicaciones para la estrategia de natación. Esto ha sido discutido memorablemente por EM Purcell , quien invitó al lector al mundo de los microorganismos y estudió teóricamente las condiciones de su movimiento. [10] En primer lugar, las estrategias de propulsión de los nadadores a gran escala a menudo implican impartir impulso al fluido circundante en eventos discretos periódicos, como la formación de vórtices , y deslizarse entre estos eventos a través de la inercia . Esto no puede ser eficaz para nadadores a microescala como las bacterias: debido a la gran amortiguación viscosa , el tiempo de inercia de un objeto del tamaño de una micra es del orden de 1 μs. La distancia de desplazamiento libre de un microorganismo que se mueve a una velocidad típica es de aproximadamente 0,1 angstroms (Å). Purcell concluyó que sólo las fuerzas que se ejercen en el momento presente sobre un cuerpo a microescala contribuyen a su propulsión, por lo que un método de conversión de energía constante es esencial. [10] [3]

Los microorganismos han optimizado su metabolismo para la producción continua de energía, mientras que los micronadadores puramente artificiales (microrobots) deben obtener energía del medio ambiente, ya que su capacidad de almacenamiento a bordo es muy limitada. Como consecuencia adicional de la disipación continua de energía, los micronadadores biológicos y artificiales no obedecen las leyes de la física estadística del equilibrio y deben ser descritos mediante una dinámica de no equilibrio. [3] Matemáticamente, Purcell exploró las implicaciones del bajo número de Reynolds tomando la ecuación de Navier-Stokes y eliminando los términos inerciales:

donde es la velocidad del fluido y es el gradiente de presión . Como señaló Purcell, la ecuación resultante (la ecuación de Stokes ) no contiene ninguna dependencia temporal explícita. [10] Esto tiene algunas consecuencias importantes sobre cómo un cuerpo suspendido (por ejemplo, una bacteria) puede nadar a través de movimientos mecánicos periódicos o deformaciones (por ejemplo, de un flagelo ). Primero, la velocidad del movimiento es prácticamente irrelevante para el movimiento del micronadador y del fluido circundante: cambiar la velocidad del movimiento cambiará la escala de velocidades del fluido y del micronadador, pero no cambiará el patrón del fluido. fluir. En segundo lugar, invertir la dirección del movimiento mecánico simplemente invertirá todas las velocidades del sistema. Estas propiedades de la ecuación de Stokes restringen severamente el rango de estrategias de natación factibles. [10] [3]

Las publicaciones recientes sobre micronadadores biohíbridos incluyen el uso de espermatozoides, células musculares contractivas y bacterias como componentes biológicos, ya que pueden convertir eficientemente la energía química en movimiento y, además, son capaces de realizar movimientos complicados dependiendo de las condiciones ambientales. En este sentido, los sistemas de micronadadores biohíbridos pueden describirse como la combinación de diferentes componentes funcionales: carga y transporte. La carga es un elemento de interés para ser trasladado (y posiblemente liberado) de forma personalizada. El transportador es el componente responsable del movimiento del biohíbrido, transportando la carga deseada, la cual está ligada a su superficie. La gran mayoría de estos sistemas dependen de la propulsión biológica móvil para el transporte de carga sintética para la administración selectiva de medicamentos. [2] También hay ejemplos del caso opuesto: micronadadores artificiales con sistemas de carga biológica. [11] [12] [3]

Durante la última década, los microrobots biohíbridos, en los que microorganismos vivos móviles se integran físicamente con estructuras artificiales libres, han ganado un interés creciente para permitir la locomoción activa y la entrega de carga a un destino objetivo. [13] [14] [15] [16] Además de la motilidad, las capacidades intrínsecas de detectar y provocar una respuesta adecuada a los cambios artificiales y ambientales hacen que los microrobots biohíbridos basados ​​en células sean atractivos para el transporte de carga a las cavidades inaccesibles del planeta. cuerpo humano para la administración activa local de agentes diagnósticos y terapéuticos. [17] [18] [19] La locomoción activa, la orientación y dirección de agentes terapéuticos y de diagnóstico concentrados integrados en microrobots móviles hasta el lugar de acción pueden superar los desafíos existentes de las terapias convencionales. [20] [21] [22] Con este fin, se han utilizado comúnmente bacterias con cuentas adheridas y cuerpos de células fantasma. [23] [24] [25] [26] [27] [28] [29] [30] [31]

Biohíbridos bacterianos

Micronadadores biohíbridos impulsados ​​por bacterias con un cuerpo esférico  [32]
(a) Imágenes SEM que muestran microperlas de poliestireno de 2 μm de diámetro, cada una unida por unas pocas bacterias E. coli
(b) Una ilustración de las fuerzas y pares ejercidos sobre la microperla esférica por sus bacterias adheridas, donde la fuerza y ​​el par de reacción del motor de cada bacteria depende del estado.

Los micro y nanonadadores artificiales son dispositivos a pequeña escala que convierten la energía en movimiento. [33] [12] Desde la primera demostración de su desempeño en 2002, el campo se ha desarrollado rápidamente en términos de nuevas metodologías de preparación, estrategias de propulsión, control de movimiento y funcionalidad prevista. [34] [35] Este campo es prometedor para aplicaciones como la administración de fármacos, la remediación ambiental y la detección. El enfoque inicial del campo se centró principalmente en los sistemas artificiales, pero en la literatura está apareciendo un número cada vez mayor de "biohíbridos". Combinar componentes artificiales y biológicos es una estrategia prometedora para obtener nuevas funcionalidades de micronadadores bien controladas, ya que las funciones esenciales de los organismos vivos están intrínsecamente relacionadas con la capacidad de moverse. [36] Los seres vivos de todas las escalas se mueven en respuesta a estímulos ambientales (por ejemplo, temperatura o pH), para buscar fuentes de alimento, reproducirse o escapar de los depredadores. Uno de los microsistemas vivos más conocidos son las bacterias nadadoras, pero el movimiento dirigido ocurre incluso a escala molecular, donde las enzimas y proteínas experimentan cambios conformacionales para llevar a cabo tareas biológicas. [37] [3]

Se han utilizado células bacterianas nadadoras en el desarrollo de micronadadores híbridos. [38] [39] [40] [41] La unión de carga a las células bacterianas podría influir en su comportamiento de natación. [3] Las células bacterianas en estado de enjambre también se han utilizado en el desarrollo de micronadadores híbridos. Se transfirieron enjambres de células de Serratia marcescens a cubreobjetos recubiertos con PDMS, lo que dio como resultado una estructura a la que los autores denominan "alfombra bacteriana". Fragmentos planos de diferentes formas de esta alfombra bacteriana, llamados "chips de automóvil", se movían sobre la superficie del portaobjetos en dos dimensiones. [42] Muchos otros trabajos han utilizado células enjambres de Serratia marcescens , [43] [44] [45] [46] [47] [48] así como células enjambres de  E. coli [49] [23] para el desarrollo de híbridos. micronadadores. [3] Las bacterias magnetotácticas han sido el foco de diferentes estudios debido a sus usos versátiles en sistemas de movimiento biohíbridos. [50] [51] [52] [53] [54] [3]

Biohíbridos protistas

algas

Micronadadores biohíbridos de Chlamydomonas reinhardtii  [31]
Arriba: Esquemas de los pasos de producción del biohíbrido C. reinhardtii .
Abajo: imágenes SEM de microalgas desnudas (izquierda) y microalgas biohíbridas (derecha) recubiertas con nanopartículas de óxido de hierro recubiertas de quitosano (CSIONP). Las imágenes estaban pseudocoloreadas. Un color verde más oscuro en la imagen SEM de la derecha representa el recubrimiento de quitosano en la pared celular de las microalgas. Las partículas de color naranja representan CSIONP.

Chlamydomonas reinhardtii es una microalga verde unicelular. El C. reinhardtii de tipo salvajetiene una forma esférica con un diámetro promedio de aproximadamente 10 μm. [55] Este microorganismo puede percibir la luz visible y ser guiado por ella (es decir, fototaxis ) con altas velocidades de nado en el rango de 100 a 200 μm s −1 . [19] Tiene autofluorescencia natural que permite obtener imágenes fluorescentes sin etiquetas. [55] C. reinhardtii se ha explorado activamente como el componente vivo de microrobots biohíbridos para la administración activa de terapias. [19] Son biocompatibles con células de mamíferos sanas, no dejan toxinas conocidas, son móviles en los medios fisiológicamente relevantes y permiten la modificación de la superficie para transportar carga en la pared celular. [19] [56] [57] [58] [59] Se han propuestoestrategias de unión alternativas para C. reinhardtii para el ensamblaje mediante la modificación de las superficies que interactúan mediante interacciones electrostáticas [19] [56] y enlaces covalentes. [60] [31]

Robocolitos

Híbridos de robocolitos que combinan polidopamina y cocolitos  [61]
Los cocolitóforos EHUX se cultivan para aislar cocolitos. Cuando los cocolitos (morfología asimétrica) se exponen a la luz, no se observa ningún movimiento colectivo. Luego, los cocolitos se mezclan suavemente con soluciones de dopamina. De este modo, se obtienen híbridos de cocolitos recubiertos de polidopamina como base para el diseño de robocolitos. La excitación de la luz y la asimetría de los robocolitos generan un flujo térmico de calor debido a las propiedades fototérmicas de la polidopamina. El acoplamiento de la convección de los Robocolitos vecinos transforma su movimiento en un movimiento colectivo agregado. También se propone la funcionalización de robocolitos para prevenir y controlar la unión inespecífica de biomacromoléculas y la posible disminución de la agregación.
Arquitectura asimétrica de la morfología de los cocolitos  [61]
(A) Los cocolitóforos EHUX se cultivaron con éxito y se visualizaron mediante SEM (barra de escala, 4 μm).
(B) Después de esto, rompimos y eliminamos el material celular de los cocolitóforos EHUX para aislar cocolitos múltiples (arriba; barra de escala, 20 μm) e individuales (abajo; barra de escala, 1 μm), como se visualiza por SEM.
(C) Imagen AFM de un cocolito individual. Tamaño de micrografía, 4 × 4 μm.
(D) Ampliación AFM de la micrografía de un cocolito individual. Barra de escala, 400 nm.
(E) Ilustración de un cocolito, que representa sus parámetros morfológicos específicos.
(F) Valores típicos trazados de los parámetros morfológicos específicos. Los datos se representan como media ± DE (n = 55), donde n es el número de cocolitos visualizados por TEM.

El movimiento colectivo es una de las características de la vida. [6] A diferencia de lo que se logra individualmente, las entidades múltiples permiten que las interacciones locales entre cada participante ocurran en proximidad. Si consideramos a cada participante en el comportamiento colectivo como un transductor (bio)físico , entonces la energía se convertirá de un tipo a otro. La proxémica favorecerá entonces una mejor comunicación entre individuos vecinos a través de la transducción de energía, lo que conducirá a comportamientos sinérgicos dinámicos y complejos de la estructura eléctrica compuesta. [62] [61]

En los últimos años se han diseñado objetos nanoscópicos y mesoscópicos para moverse colectivamente mediante la inspiración directa de la naturaleza o aprovechando sus herramientas existentes. [63] [64] [65] [66] Estos enjambres de robots fueron categorizados por un panel de expertos en línea entre los 10 grandes desafíos grupales no resueltos en el área de la robótica . [67] Aunque la investigación de su mecanismo de acción subyacente aún está en su infancia, se han desarrollado varios sistemas que son capaces de experimentar movimientos de enjambre controlados e incontrolados mediante la recolección de energía (por ejemplo, luminosa, térmica, etc.). [68] Es importante destacar que esta energía debe transformarse en una fuerza neta para que el sistema se mueva. [61]

Los sistemas mesoscópicos a nanoscópicos pequeños suelen operar con números de Reynolds bajos (Re ≪ 1), y comprender su movimiento se vuelve un desafío. [69] Para que ocurra la locomoción, la simetría del sistema debe romperse.14 Además, el movimiento colectivo requiere un mecanismo de acoplamiento entre las entidades que componen el colectivo. [61]

Para desarrollar entidades mesoscópicas a nanoscópicas capaces de comportarse en enjambre, se ha planteado la hipótesis de que las entidades se caracterizan por una simetría rota con una morfología bien definida y funcionan con algún material capaz de recolectar energía. Si la energía recolectada da como resultado un campo que rodea al objeto, entonces este campo puede acoplarse con el campo de un objeto vecino y aportar cierta coordinación al comportamiento colectivo. [61]

Los cocolitos asimétricos derivados del cocolitóforo de Emiliania huxleyi (EHUX)se destacan como candidatos para la elección de un objeto nano/mesoscópico con simetría rota y morfología bien definida. Además de la estabilidad termodinámica debido a sucomposición de calcita , [70] la ventaja crítica de los cocolitos EHUX es su morfología asimétrica distintiva y sofisticada. Los cocolitos EHUX se caracterizan por tener varias costillas en forma de martillo colocadas para formar un disco proximal y distal conectados por un anillo central. Estos discos tienen diferentes tamaños pero también permiten que el cocolito tenga una curvatura, asemejándose en parte a una rueda de carreta. [71] Los cocolitos EHUX se pueden aislar de los cocolitóforos EHUX, un grupo único de algas marinas unicelulares que son los principales productores de calcita biogénica en el océano. [72] Los cocolitóforos pueden producir intracelularmente estructuras minerales tridimensionales intrincadas, como escamas de carbonato de calcio (es decir, cocolitos), en un proceso que es impulsado continuamente por una vesícula especializada. [73]

Emiliania huxleyi protegida con cocolitos asimétricos

Una vez finalizado el proceso, los cocolitos formados se secretan a la superficie celular, donde forman el exoesqueleto (es decir, la cocosfera ). La amplia diversidad de la arquitectura de los cocolitos genera más posibilidades para aplicaciones específicas en nanotecnología  [74] o biomedicina. [75] Los cocolitos inanimados de cocolitóforos vivos EHUX, en particular, pueden aislarse fácilmente en el laboratorio con un bajo costo de cultivo y una tasa de reproducción rápida y tienen un área de superficie razonablemente moderada (~20 m 2 /g) que exhibe una estructura mesoporosa (poros). tamaño en el rango de 4 nm). [76] [61]

Presumiblemente, si la recolección de energía se realiza en ambos lados del cocolito EHUX, entonces permitirá la generación de una fuerza neta, lo que significa movimiento de manera direccional. Los cocolitos tienen un inmenso potencial para una multitud de aplicaciones, pero para permitir la recolección de energía, las propiedades de su superficie deben ajustarse con precisión. [77] Inspirada en la composición de las proteínas adhesivas de los mejillones, la autopolimerización de dopamina en polidopamina es actualmente la estrategia de funcionalización más versátil para prácticamente todos los tipos de materiales. [78] Debido a su química superficial y su amplia gama de propiedades de absorción de luz, la polidopamina es una opción ideal para la función de recolección de energía asistida en sustratos inertes. [79] [80] [81] En este trabajo, nuestro objetivo es explotar los beneficios del recubrimiento de polidopamina para proporcionar funcionalidades avanzadas de recolección de energía a los cocolitos que de otro modo serían inertes e inanimados. Ya se ha demostrado que la polidopamina (PDA) induce el movimiento de las perlas de poliestireno debido a los efectos de difusión térmica entre el objeto y la solución acuosa circundante de hasta 2 °C bajo excitación de luz del infrarrojo cercano (NIR). [82] Sin embargo, no hay comportamiento colectivo Se ha informado aquí, demostramos, por primera vez, que la polidopamina puede actuar como un componente activo para inducir, bajo luz visible (300–600 nm), un comportamiento colectivo estructuralmente complejo, natural y difícil de controlar. arquitectura como los cocolitos. Como resultado, la combinación híbrida orgánico-inorgánica (cocolito-polidopamina) permitiría el diseño de robocolitos [61] .

La polimerización de la dopamina se produce en una solución, donde forma pequeños agregados coloidales que se adsorben en la superficie de los cocolitos, formando una película confluente. Esta película se caracteriza por una gran rugosidad, lo que se traduce en una superficie específica elevada y una mayor captación de energía. Debido a la naturaleza conjugada de la columna vertebral del polímero, la polidopamina puede absorber luz en un amplio espectro electromagnético, incluida la región visible. [61]

Como resultado, la superficie de los cocolitos está dotada de un efecto fototérmico, calentándose localmente y creando convección inducida por la presencia de PDA. Esta convección local se acopla con otra convección local cercana, lo que permite el acoplamiento entre Robocolitos individuales, permitiendo su movimiento colectivo (Figura 1). [61]

Por lo tanto, cuando la luz encuentra los Robocolitos anisométricos, estos se calientan localmente debido a la conversión fototérmica inducida por la presencia de PDA en su superficie. El intenso calentamiento local produce una convección diferente a cada lado del Robocolito, lo que provoca el movimiento observado. Dicha convección puede acoplarse con la convección de un Robocolito vecino, lo que resulta en un movimiento de "enjambre". Además, la superficie de Robocolits está diseñada para acomodar cepillos de polímero antiincrustantes y potencialmente prevenir su agregación. Aunque se adopta un enfoque convectivo primario activado por luz como primer paso para comprender el movimiento de los robocolitos, actualmente se están desarrollando una multitud de enfoques mecanicistas para allanar el camino para la próxima generación de robocolitos multifuncionales como biomicromáquinas enjambres. [61]

Aplicaciones biomédicas

Micronadadores bacterianos biohíbridos  [83]
Sistema de administración de fármacos micronadador de diatomita biohíbrido
Superficie frústula de diatomea funcionalizada con moléculas fotoactivables (esferas naranjas) unidas a la vitamina B-12 (esfera roja) que actúa como una etiqueta dirigida al tumor. El sistema puede cargarse con fármacos quimioterapéuticos (esferas de color azul claro), que pueden administrarse selectivamente a las células de cáncer colorrectal. Además, las micropartículas de diatomita se pueden fotoactivar para generar monóxido de carbono o radicales libres que inducen la apoptosis de las células tumorales. [84] [85]

Los micronadadores biohíbridos, compuestos principalmente por actuadores biológicos integrados y transportadores de carga sintéticos, se han mostrado recientemente prometedores hacia aplicaciones teranósticas mínimamente invasivas . [86] [87] [88] [22] Se han utilizado varios microorganismos, incluidas bacterias, [23] [28] microalgas , [89] [19] y espermatozoides , [90] [91] para fabricar diferentes micronadadores biohíbridos con funcionalidades médicas avanzadas, como control autónomo con estímulos ambientales para apuntar, navegación a través de espacios estrechos y acumulación en regiones necróticas de entornos tumorales. [92] Dirigibilidad de los transportadores de carga sintéticos con campos externos aplicados de largo alcance, como campos acústicos o magnéticos, [11] [93] y comportamientos de taxis intrínsecos de los actuadores biológicos hacia diversos estímulos ambientales, como quimioatrayentes , [94] El pH y el oxígeno [95] [18] hacen de los micronadadores biohíbridos un candidato prometedor para una amplia gama de aplicaciones médicas de entrega de carga activa. [92] [83]

Las bacterias tienen una alta velocidad de natación y eficiencia en el régimen de flujo de bajo número de Reynolds (Re), son capaces de detectar y responder a señales ambientales externas y podrían detectarse externamente mediante técnicas de fluorescencia o imágenes de ultrasonido. [96] [97] [98] Debido a sus capacidades de detección inherentes, se han investigado varias especies de bacterias como posibles agentes antitumorales y han sido objeto de ensayos clínicos y preclínicos. [99] [100] [101] [102] [103] [104] La presencia de diferentes especies de bacterias en el cuerpo humano, como en la piel y el microambiente intestinal , ha promovido su uso como potenciales agentes teranósticos o portadores en Varias aplicaciones médicas. [105] [83]

Por otro lado, las células eucariotas especializadas , como los glóbulos rojos (RBC), son uno de los portadores pasivos más eficientes de la naturaleza con alta eficiencia de carga útil, deformabilidad, degradabilidad y biocompatibilidad, y también se han utilizado en diversas aplicaciones médicas. [106] [107] [108] Los eritrocitos y las nanovesículas derivadas de eritrocitos, como los nanoeritrosomas, [109] se han adoptado con éxito como portadores de carga pasivos para mejorar el tiempo de circulación de las sustancias aplicadas en el cuerpo, [110] y para entregar diferentes sustancias bioactivas para el tratamiento de diversas enfermedades observadas en el hígado, bazo y ganglios linfáticos, así como el cáncer mediante su administración por vía intravenosa, intraperitoneal, subcutánea e inhalatoria. [111] [112] [113] [114] [115] Por ejemplo, se demostró un menor reconocimiento de las partículas cargadas de fármaco por parte de las células inmunes cuando se unieron a las membranas de los glóbulos rojos antes de la inyección intravenosa en ratones. [116] Además, se demostró el perfil de bioacumulación alterado de los nanoportadores cuando se conjugan con los glóbulos rojos, lo que aumenta la entrega de nanoportadores a los órganos diana. [117] También se informó que la vida media de Fasudil, un fármaco para la hipertensión arterial pulmonar, dentro del cuerpo aumentó aproximadamente de seis a ocho veces cuando se cargó en nanoeritrosomas. [115] [83]

Las propiedades superiores de transporte de carga de los glóbulos rojos también han generado un mayor interés por su uso en diseños de micronadadores biohíbridos. Recientemente, se presentó la navegación activa y el control de glóbulos rojos cargados con fármacos y nanopartículas superparamagnéticas ( SPION ) utilizando ondas sonoras y campos magnéticos. [11] Los glóbulos rojos se utilizaron además en la fabricación de micronadadores biohíbridos suaves impulsados ​​por bacterias móviles para aplicaciones de entrega activa de carga. [93] Los glóbulos rojos, cargados con moléculas de fármacos y SPION, fueron propulsados ​​por bacterias y dirigidos a través de campos magnéticos, que también eran capaces de viajar a través de espacios más pequeños que su tamaño debido a la alta deformabilidad inherente de los glóbulos rojos. [83]

Referencias

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