Las nanoesponjas son un tipo de nanopartícula , a menudo un polímero sintetizado que contiene carbono . [1] Tienen una estructura porosa , los poros miden aproximadamente entre 1 y 2 nanómetros, y por lo tanto pueden utilizarse para absorber pequeñas cantidades de materia o toxina . [2] Las nanoesponjas se utilizan a menudo en medicina como sistemas de administración de fármacos dirigidos , métodos de desintoxicación o como una forma de control de daños después de una lesión. [3] También se pueden utilizar en aplicaciones ambientales para limpiar ecosistemas realizando tareas como purificar agua o depósitos metálicos. [1] Su pequeño tamaño les permite moverse rápidamente a través de sustancias, como el agua o la sangre, encontrando y atacando eficazmente la materia no deseada. Las nanoesponjas a menudo se fabrican sintéticamente, pero a menudo incluyen materiales naturales para mejorar su eficiencia cuando se inyectan en el cuerpo. Las nanoesponjas son superiores a las microesponjas en la aplicación, ya que el tamaño más pequeño permite una menor interrupción en el sistema en el que se implementa, lo que impone un menor riesgo de efectos fallidos o perjudiciales. El prefijo "nano" implica que los elementos de este tamaño se miden en una escala de metros.
Las nanoesponjas fueron denominadas por primera vez como “ nanoesponjas de ciclodextrina ” por DeQuan Li y Min Ma en 1998. [4] Este término se utilizó porque existe una β-ciclodextrina reticulada con diisocianatos orgánicos . En esta estructura está presente una red insoluble, que muestra una constante de inclusión alta. Estos polímeros se forman a través de la reacción de ciclodextrinas nativas con un agente de reticulación, este último influyendo en el comportamiento y las propiedades de toda la unidad. [5]
No se había descubierto que las nanoesponjas de ciclodextrina tuvieran potencial para ser portadoras de fármacos hasta el trabajo realizado por Trotta y sus colegas [6] . Realizaron síntesis de nuevos tipos de nanoesponjas de ciclodextrina que revelaron muchas aplicaciones potenciales que no se habían considerado anteriormente. [5]
Las ciclodextrinas son una clase de oligómeros de glucopiranosa cíclicos , con estructuras comunes de α, β y γ. Las α-ciclodextrinas comprenden seis unidades de glucopiranosa, las β-ciclodextrinas comprenden siete y las γ comprenden ocho. Las ciclodextrinas son nanomateriales biológicos cuya estructura molecular influye en gran medida en sus propiedades supramoleculares . Para sintetizar ciclodextrinas, se produce una acción enzimática sobre el almidón hidrolizado . [5]
Las nanoesponjas de ciclodextrina están hechas de una red polimérica tridimensional reticulada . Pueden estar hechas con ciclodextrinas α, β y γ. La capacidad de inclusión y la capacidad de solubilización de las nanoesponjas se pueden ajustar según la cantidad de agente reticulante que se utilice. [5]
Las ciclodextrinas tienen una forma toroidal , lo que les permite tener una cavidad en su interior en la que pueden caber otras moléculas . Esta útil estructura les permite actuar como transportadores de fármacos en el cuerpo, siempre que los compuestos a administrar tengan una geometría y polaridad compatibles con la cavidad. Para determinar cuándo se administran estos compuestos, se puede modificar la estructura de la nanoesponja de ciclodextrina para liberar su contenido antes o después. Se pueden conjugar varios ligandos en la superficie de la nanoesponja para determinar dónde se dirigirá en el cuerpo. [5]
Cuando se inyectan en el cuerpo, las nanoesponjas sintéticas hechas de liposomas pueden recubrirse con leucocitos . Estos leucocitos pueden incorporarse en nanopartículas a través de métodos conocidos como la estrategia de "célula fantasma" o "autostop". La estrategia de autostop es cuando las nanopartículas son transportadas por leucocitos vivos. El método de la célula fantasma implica nanopartículas recubiertas con la membrana natural. [7] Como están recubiertas de leucocitos, las nanoesponjas se dirigirán hacia un lugar de infección o materia extraña en el cuerpo. Las nanoesponjas evitan el ataque de los macrófagos porque están recubiertas con materiales naturales. Los investigadores solo las han probado en animales de laboratorio, pero sugieren que la nanoesponja de liposomas podría ser más fácil de obtener la aprobación de la FDA para su uso en pacientes. Los investigadores han encontrado resultados prometedores en el uso de estas nanoesponjas en la administración de medicamentos, el alivio de la inflamación y la reparación de tejido dañado. [8]
Los patógenos comunes pueden ser toxinas que forman poros en una membrana celular . Estas células se dirigen a los glóbulos rojos . Cuando no hay glóbulos rojos alrededor, estas toxinas se dirigen a las plaquetas . Existen nanorobots con un recubrimiento similar a los glóbulos rojos y las plaquetas, lo que les permite disfrazarse de glóbulo rojo y/o plaqueta. [9] Estos nanorobots recubiertos de RBC-PL muestran una propulsión eficiente en sangre sin bioincrustación aparente . [9] Su movimiento imita el movimiento de las células naturales. Esta capacidad de mezclarse mejora su capacidad de unirse a los patógenos que se adhieren a las plaquetas. La mayor capacidad de unión ayuda a los nanorobots a neutralizar toxinas de manera más efectiva porque un patógeno que se dirige a este tipo de células tendría más probabilidades de interactuar con los nanorobots. Esto, a su vez, aumenta la cantidad de colisiones e interacciones entre los nanorobots y los patógenos/toxinas. Los nanorobots ayudan a absorber y eliminar las toxinas y bacterias. Otras funciones de estos nanorobots son la capacidad de neutralizar la actividad citolítica independientemente de la estructura molecular , mejorar el transporte de masa y también pueden ser capaces de combatir enfermedades autoinmunes . [9] Tener un recubrimiento natural sobre algo sintético permite que los nanorobots tengan los beneficios de los materiales naturales y sintéticos.
Sustancias como el petróleo crudo y el alquitrán contaminan el suelo y son difíciles de limpiar debido a la forma en que se adhieren a la tierra y al polvo. Estos materiales tóxicos que se deslizan hacia el suelo pueden causar efectos perjudiciales para la salud de los animales y las personas que consumen plantas cultivadas en este suelo. [10] Los métodos actuales para intentar eliminar estos contaminantes de los sitios de desechos peligrosos han demostrado ser costosos e ineficientes. Los ingenieros de la Universidad de Cornell han creado una partícula de 20 nanómetros de largo que puede autoensamblarse en agua de modo que su orientación permite un exterior hidrófilo y un interior hidrófobo . [10] Estas partículas son lo suficientemente pequeñas como para viajar rápidamente a través de la arena y el suelo sin quedar atrapadas. Los investigadores de Cornell inyectaron estas nanopartículas en el fondo de una columna de acero llena de arena contaminada con fenantreno y un hidrocarburo aromático policíclico (HAP), componentes que se encuentran típicamente en el alquitrán. Observaron cómo las nanopartículas viajaban hacia arriba por la columna, limpiando la arena a lo largo del camino. [11] Los núcleos hidrófobos de la nanoesponja extrajeron el fenantreno de los granos de arena y lo llevaron al interior de la esponja. [11]
Los investigadores pretenden utilizar algún día esta tecnología para mejorar la "remediación por bombeo y tratamiento", en la que el agua subterránea contaminada se bombea hasta la superficie, se limpia de sus contaminantes y luego se inyecta nuevamente en el suelo. Con estas nanopartículas implementadas, los contaminantes se pueden recolectar de manera más eficiente sin que queden atrapados en el suelo. Una vez limpiadas de las toxinas que han acumulado, se pueden inyectar en el suelo una vez más para continuar la limpieza. [10]
Algunas nanoesponjas están hechas para ser ecológicas y tienen una alta concentración de grupos carboxilo . Se utilizan para eliminar depósitos de metales en aguas residuales en los océanos, donde los organismos pueden absorber estos depósitos, lo que provoca una acumulación perjudicial en sus tejidos. La concentración de metales pesados crece a medida que asciende en la cadena alimentaria a medida que los organismos se comen a otros organismos. [1] Al estar en la cima de la pirámide alimenticia, los humanos corren el mayor riesgo de sufrir los efectos perjudiciales de estos metales en nuestros alimentos. Estos efectos incluyen reacciones alérgicas , insomnio , problemas de visión y pueden ser tan extremos como para causar discapacidad mental, demencia y enfermedad renal . [1] A diferencia de muchos contaminantes orgánicos , los metales pesados se pueden eliminar y destruir mediante el uso de nanomateriales como las nanoesponjas. Estos nanomateriales actúan como materiales de filtrado sostenibles al unirse a los metales y eliminarlos de las aguas residuales antes de que se dispersen en el ecosistema. El uso de nanoesponjas para esto da como resultado una mayor eficiencia y un menor costo que los métodos de limpieza alternativos como resinas de intercambio iónico, carbón activado u otros agentes biológicos. Los materiales porosos producidos a partir de fuentes renovables y de bajo costo, como la celulosa , la quitina o el almidón , son una de las clases de absorbentes más prometedoras en términos de eficacia. [1]
Las ciclodextrinas (CD) y la amilosa se derivan de los almidones y son bien conocidas por sus peculiares características estructurales y propiedades complejas. [1] Las cavidades internas en estas CD sirven como sitios para moléculas hidrófobas o muy débilmente hidrófilas y, por lo tanto, generan una fuerte afinidad con las moléculas orgánicas en las interfaces agua-sólido. [12] Para unir adecuadamente el metal a estas CD, las dextrinas deben modificarse químicamente agregando un grupo funcional ácido . [1] Se permite que estos grupos funcionales experimenten una desprotonación en un medio acuoso , de modo que la reacción de estos con los grupos hidroxilo en la dextrina permite la creación de polímeros insolubles con carga negativa . Estos polímeros se conocen como nanoesponjas por su característica porosa ; pueden unirse tanto a moléculas orgánicas como a depósitos metálicos. Después de la limpieza, estas nanoesponjas se pueden separar fácilmente del agua a través de una simple filtración, ya que son insolubles en todos los solventes. [1]
Un tipo de nanoesponja que se está investigando se prepara con β - ciclodextrinas y un derivado lineal del almidón de guisante llamado linecaps. Las β-ciclodextrinas se utilizan debido a su bajo coste y a sus poros de tamaño medio que permiten recoger una amplia gama de moléculas huésped. [1] Además, las β-ciclodextrinas son preferidas a los polímeros de dextrina , ya que también pueden interactuar con metales de transición . Los grupos hidroxilo primarios y secundarios pueden actuar como sitios de coordinación con algunos iones metálicos, y los CD pueden coordinar más de un ión a la vez. [1] Estos dos componentes se hacen reaccionar con ácido cítrico en agua para crear las nanoesponjas utilizando hipofosfato de sodio monohidratado como catalizador para la reacción. Estas nanoesponjas se compararon con el rendimiento de las nanoesponjas sintetizadas de la misma manera sustituyendo el ácido cítrico por PDMA (sustancia piromelitata). [1]
Se introdujo una gran cantidad de enlaces cruzados en el proceso de síntesis para crear una cantidad máxima de grupos carboxilo . Esto permitió una mayor capacidad de complejación de estas nanoesponjas con otras moléculas. Un alto grado de reticulación generalmente conduce a polímeros poco hinchables que son más adecuados para el tratamiento del agua, ya que el agua no ocupará el espacio destinado a los desechos metálicos y se puede filtrar más fácilmente del agua después de la limpieza. Un mayor tiempo de contacto conduce a una mayor eficiencia de la limpieza de las nanoesponjas en aguas residuales . [1]
Se descubrió que, en concentraciones altas de metal, el piromelitato era capaz de absorber más depósitos de metal. En concentraciones bajas, ambos funcionaron de manera casi idéntica. Sin embargo, en presencia de agua de mar que interfería, las nanoesponjas de citrato pudieron absorber selectivamente más metal que las nanoesponjas de PDMA , lo que les permitió ser más efectivas en la limpieza de metal del agua salada. [1] Aunque la investigación de estas nanoesponjas de ácido cítrico aún se encuentra en revisión y desarrollo, parecen prometedoras como una forma sostenible de limpiar los depósitos de metal del ecosistema . [1]
Se están realizando investigaciones sobre el uso de nanoesponjas para sistemas de administración de fármacos para tratar el cáncer y las enfermedades infecciosas. Aunque las nanoesponjas tienen un tamaño tresmilésimo del de los glóbulos rojos , cada una de ellas puede transportar miles de moléculas de fármacos. Pueden ocultarse en el sistema inmunitario , donde las células inmunitarias intentan destruir y eliminar material extraño del cuerpo. Las partículas recubiertas con membranas de glóbulos rojos circulantes no se pueden detectar. Además, las partículas recubiertas con membranas de glóbulos blancos o leucocitos circulantes evitan el ataque de los macrófagos . [8]
Las principales preocupaciones con respecto a las entidades químicas desarrolladas recientemente incluyen problemas farmacocinéticos , poca solubilidad en agua y baja biodisponibilidad . Estos conducen a obstáculos cuando se utilizan formas de dosificación de medicamentos convencionales. Las nanoesponjas pueden superar estos problemas ya que su estructura porosa les permite la capacidad única de atrapar medicamentos hidrófilos e hidrófobos y liberarlos de una manera altamente predecible. Estas pequeñas esponjas viajan por todo el cuerpo hasta que alcanzan el sitio objetivo donde se unen a la superficie y realizan una liberación controlada del fármaco. La tecnología de nanoesponjas se explora ampliamente para su uso en la administración de fármacos mediante técnicas de administración oral, parenteral y tópica . Esto puede incluir sustancias como agentes antineoplásicos , proteínas y péptidos , aceites volátiles y materiales genéticos. Estas pequeñas esponjas viajan por todo el cuerpo hasta que alcanzan el sitio objetivo donde se unen a la superficie y realizan una liberación controlada del fármaco. Las aplicaciones potenciales en la administración de fármacos en sitios específicos incluyen los pulmones , el bazo y el hígado . [13]
Las nanoesponjas recubiertas de membranas podrían utilizarse para combatir la resistencia a los antibióticos, ya que atrapan y eliminan las toxinas de la sangre. Las toxinas que atacan a los glóbulos rojos se adhieren a las nanoesponjas porque están recubiertas de células vivas. Las esponjas absorben las toxinas, por lo que ya no pueden dañar las células, y las toxinas son transportadas al hígado, donde se descomponen. [8]
Se realizó un estudio para determinar la capacidad de las nanoesponjas para absorber toxinas formadoras de poros . Las toxinas formadoras de poros (PFT) son las toxinas proteicas más comunes que se encuentran en la naturaleza. Alteran las células formando poros en las membranas celulares que alteran la permeabilidad de las células. Ejemplos de esto incluyen infecciones bacterianas y veneno . Todos estos venenos utilizan una estrategia de formación de poros , en la que crean poros en las células que atacan para que se filtren hasta que ya no sean funcionales. [14] La idea detrás de este estudio fue que al limitar las PFT, se podría reducir la gravedad de las infecciones bacterianas. El estudio se realizó utilizando una nanoesponja ( núcleo polimérico ) envuelta en una bicapa de membrana de glóbulos rojos natural para que las bacterias o el veneno lo ataquen. El núcleo polimérico estabiliza la cubierta de la membrana y la bicapa de la membrana permite que la nanoesponja absorba una amplia gama de PFT. [15] Se realizaron pruebas para determinar la capacidad de las nanoesponjas para neutralizar las PFT. Los investigadores descubrieron que la nanoesponja absorbía toxinas que dañaban la membrana y las desviaba de sus objetivos celulares. En ratones, las nanoesponjas redujeron significativamente la toxicidad de la α-hemolisina estafilocócica y mejoraron la tasa de supervivencia. [15]
Las nanopartículas envueltas en membrana funcionan de tal manera que una vez que una toxina ha atacado, queda atrapada dentro del andamiaje de la nanoesponja. Una vez que la nanoesponja está llena de toxinas y no puede atrapar más, se mueve al hígado para filtrar las toxinas. [15] Los investigadores se plantean cómo abordar todos los diferentes tipos de bacterias y venenos , por lo que hacer muchas nanoesponjas diferentes para cada bacteria y veneno específico es casi imposible. A partir de ahora, se están centrando en toxinas como; E. coli , MRSA , neumonía , veneno de abeja , veneno de serpiente y veneno de anémona de mar . Una sola nanoesponja puede capturar muchas de las bacterias y venenos, en lugar de estar adaptada a cada uno individualmente porque cuando el veneno intenta físicamente inducir un agujero en la membrana del glóbulo rojo, el veneno se atascará dentro de la esponja. [14]
Un obstáculo al que se enfrentan los investigadores es la vida útil de las nanoesponjas. Una vez inyectadas, pueden moverse rápidamente por el sistema sanguíneo y llegar al hígado, donde se filtran en cuestión de horas. Esto significa que la nanoesponja no tiene tiempo suficiente para absorber la máxima cantidad de toxina que puede retener. [16] Los investigadores están trabajando en una técnica que utiliza hidrogel para recubrir las nanoesponjas con el fin de aumentar su vida útil y ayudarlas a permanecer estacionarias después de la inyección para purgar el cuerpo de toxinas de manera más eficiente. Un estudio realizado por la Universidad de California descubrió que el 80 por ciento de las nanoesponjas recubiertas con un hidrogel duraron más de dos días después de la inyección. Solo el 20 por ciento de las nanoesponjas no recubiertas con hidrogel duraron dos horas después de la inyección y se difundieron a otras partes del cuerpo. [16]
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Las propiedades de las nanopartículas se pueden alterar a través de sistemas de ligandos de nanopartículas que están dirigidos a analitos específicos . Las propiedades electromagnéticas de las nanoesponjas se pueden alterar mediante la unión de analitos para ser utilizadas como transductores en sistemas de detección química, específicamente para analitos explosivos. Los sensores basados en estas propiedades están destinados a detectar bajas concentraciones de analitos explosivos tanto en solución como en detección basada en fase de vapor. [17] Estos sistemas se pueden construir a partir de sistemas de detección de componentes estándar, ya que la señal recopilada de estos transductores se mide con instrumentación científica estándar, lo que permite que esta sea una opción más aplicable de detección de explosivos. [18] Los óxidos metálicos semiconductores se consideran ampliamente como la plataforma más prometedora para sensores de gas de estado sólido. Debido a la capacidad de respuesta mejorada de la conductancia a los efectos de la superficie, se han sintetizado varias formas de óxidos metálicos que se han nanoestructurado y se han estudiado sus propiedades de detección. [17]
La banda de resonancia plasmónica superficial (SPR) de las nanopartículas de oro coloidal (AuNP) es una propiedad electromagnética que se examinó. En las AuNP, los electrones libres dentro de la superficie del metal interactuarán con la luz, lo que da como resultado grandes oscilaciones en el campo electromagnético de la superficie. Esto hace que las partículas absorban luz con fuerza en las frecuencias resonantes particulares de estos electrones, lo que promueve las bandas SPR. Para utilizar este concepto en sistemas de sensores, uno debe usarlos en la espectroscopia Raman de mejora de superficie (SERS). Un espectro Raman se puede utilizar para identificar una molécula, utilizando luz incidente para excitar los modos vibracionales activos Raman (dispersión irreversible de fotones) . Esto crea un espectro único que puede proporcionar información sobre la forma molecular. El espectro obtenido de un analito desconocido se puede comparar con la biblioteca de espectros conocidos para identificar cualquier amenaza. [18]
La dispersión Raman es muy débil, lo que dificulta la detección y se requiere una mejora. Si una molécula está unida a una superficie metálica, la luz incidente excita los plasmones de la superficie , lo que induce la polarización en las moléculas unidas, lo que aumenta la cantidad de luz dispersa irreversible de los modos vibracionales Raman que conducen a la mejora de la señal. La mejor mejora SERS se logra al tener plasmones localizados fuertes que caen dentro de la longitud de onda de la excitación del láser Raman, por lo que a menudo se utilizan oro y plata . Con sus bandas SPR de entre 400 y 800 nanómetros, las bandas SPR en partículas de oro y plata son fáciles de acceder con luz visible. Además, son estables en el aire ya que son químicamente inertes. [18]
La fluorescencia de los semiconductores coloidales es otra propiedad analizada en la creación de sistemas de sensores. Los puntos cuánticos son nanopartículas semiconductoras que son lo suficientemente pequeñas como para confinar un par de electrones-hueco generado en las tres direcciones espaciales, lo que lleva a la cuantificación de los niveles de energía que hacen que la estructura electrónica del material se sitúe entre un semiconductor clásico y un material molecular clásico. Esta cuantificación hace que las nanopartículas muestren bandas de absorción y emisión de fotones nítidas , y la brecha de banda está estrechamente relacionada con el tamaño de la nanopartícula. La fluorescencia surge de la fotoexcitación en estos puntos cuánticos y se ajusta fácilmente a la región visible o infrarroja cercana del espectro, mediante la elección del material semiconductor y el tamaño de partícula, lo que hace que los fluoróforos sean útiles para la cuántica . Los puntos cuánticos tienen muchas propiedades de interés para ser utilizados como sensores químicos, incluidos sus altos rendimientos cuánticos fluorescentes, resistencia al fotoblanqueo y amplia absorción que permite bandas de emisión estrechas. Se prestan muy bien a los sistemas de fluoróforos multicanal, con una única longitud de onda de excitación que provoca la emisión de muchas especies de muchos colores diferentes. La superficie de estas partículas se puede modificar con ligandos de orientación para permitir una mejora específica de la fluorescencia. Estas propiedades ópticas de los puntos cuánticos se están explotando para construir una matriz de puntos de detección de explosivos. Al combinar sistemas de fluoróforos multicanal con respuesta variable a diferentes explosivos, es posible identificar diferentes explosivos en bajas concentraciones. Esta tecnología se puede utilizar en aguas residuales o contaminación del suelo , así como en áreas de residuos peligrosos para identificar áreas de amenaza o sustancias contaminadas que podrían causar riesgos para la salud de las personas y los animales. [18]
La investigación actual se está realizando principalmente para aplicaciones médicas para el uso de nanoesponjas en el tratamiento de infecciones bacterianas ( sepsis , neumonía e infecciones de piel y tejidos blandos), infecciones virales ( zika , VIH e influenza ), enfermedades autoinmunes ( artritis reumatoide , anemia hemolítica autoinmune , púrpura trombocitopénica inmunitaria ) y venenos (serpientes y otros animales). [8] Mucha investigación se encuentra solo en sus etapas primarias, ya que la implementación de estas soluciones en el cuerpo humano plantea muchos riesgos para los cuales estas aplicaciones de nanoesponjas aún no están lo suficientemente desarrolladas.
Las nanoesponjas se han probado experimentalmente en ratones y se ha demostrado que reducen la hinchazón causada por una lesión cerebral o en la cabeza. Cuando se produce una lesión, el tejido de la zona lesionada se hincha y las células inmunitarias se desplazan rápidamente hacia la zona dañada. [15] Cuando la lesión se produce en la cabeza, esta carrera de células inmunitarias provocará una hinchazón en el cerebro y puede ser peligrosa porque el cerebro está contenido dentro de la célula y, por lo tanto, no tiene lugar para moverse, lo que genera una presión en la cabeza que puede ser perjudicial. [3] Las investigaciones sugieren que se pueden inyectar nanopartículas en la cabeza como una forma de distraer a las células inmunitarias para que no se desplacen rápidamente hacia el cerebro, lo que reducirá la hinchazón. [15]
Después de una lesión en la cabeza, los ratones fueron dejados en reposo durante dos o tres horas y posteriormente se les inyectaron nanopartículas biodegradables hechas de un polímero no especificado pero aprobado por la FDA que se usa comúnmente en algunas suturas solubles. En lugar de correr hacia la cabeza, algunas células inmunes llamadas monocitos corrieron hacia estas nanoesponjas en lugar de al cerebro. Los monocitos engulleron las nanopartículas y las células, así como las nanopartículas, se enviaron luego al bazo para su eliminación en el cuerpo. [3] Debido a que la eliminación de estas partículas puede ocurrir tan rápido, los investigadores pudieron inyectar a los ratones una vez más dos o tres días después para combatir la inflamación que podría regresar lentamente después de la lesión. Los ratones con este tratamiento se recuperaron mejor que los que no recibieron esta inyección y el punto lesionado se redujo a la mitad de su tamaño en los ratones con el tratamiento con nanopartículas. [3] Las células de la visión de los ratones respondieron mejor a la luz y pudieron caminar mejor por una escalera después de recuperarse, mostrando una mejora en el comportamiento y la función motora.
Otras terapias potenciales para tratar el trauma dependen de medicamentos u otra carga que se envíe junto con las nanopartículas; sin embargo, este estudio se realizó utilizando nanopartículas desnudas, lo que lo hace más barato y seguro en el ensayo, ya que se inyecta menos material en el organismo . [3]
Los investigadores no han probado este estudio en lesiones humanas. Factores como la gravedad de la lesión y el tiempo de recuperación general determinarán los efectos de enviar estas nanopartículas al interior del cuerpo. La forma en que el cerebro sufre implica más reacciones corporales que simplemente esta respuesta inmunológica y, si la acumulación de nanopartículas no se elimina del cuerpo con la suficiente rapidez, pueden propagarse a otras partes del cuerpo y causar daños tóxicos . [3]
Actualmente, no existen tratamientos para la sepsis . La mayoría de los tratamientos son sólo de apoyo y no son eficaces para combatir la infección. La investigación utiliza nanopartículas que son biomiméticas para los macrófagos. El recubrimiento de macrófagos sobre la superficie de la nanopartícula aumenta la relación superficie-volumen de la nanopartícula. [19] Esta mayor relación es importante para la neutralización eficiente de las endotoxinas . Estos macrófagos actúan como señuelos que pueden unirse a las endotoxinas y neutralizarlas. Sin neutralizar estas endotoxinas, se desencadenaría una respuesta inmunitaria. Estas nanopartículas pueden secuestrar citocinas proinflamatorias que inhiben la capacidad de iniciar una respuesta séptica. Estas se han probado en un modelo de bacteriemia por Escherichia coli en ratones , donde las nanopartículas pudieron aumentar significativamente la supervivencia de los ratones al disminuir los niveles de citocinas proinflamatorias y evitar que las bacterias se diseminen. [19] Esto aún no se puede replicar en el campo médico, pero parece prometedor para poder tratar la sepsis. [19] [20]
Las nanoesponjas Mn3O4 @ nanoeritrocito - T7 (MNET) pueden regular el oxígeno y eliminar los radicales libres en caso de un accidente cerebrovascular isquémico , que es una de las principales causas de muerte y discapacidad a nivel mundial. Estas nanoesponjas diseñadas pueden ayudar a atenuar la hipoxia después de un accidente cerebrovascular imitando a los glóbulos rojos y aumentando la cantidad de oxígeno en el área del infarto . Esto permite extender el tiempo de supervivencia de los neurocitos , una parte crucial del tratamiento de un accidente cerebrovascular isquémico porque se deben mantener sus funciones normales. [21]
El MNET funciona porque contiene hemoglobina , lo que permite que haya un efecto de esponja de oxígeno . Este efecto funciona liberando oxígeno en áreas hipóxicas y absorbiéndolo en áreas ricas en oxígeno. El efecto de esponja, junto con la eliminación de radicales libres, puede tratar con éxito y eficacia los accidentes cerebrovasculares isquémicos. [21]
Las nanopartículas biomiméticas , como las nanoesponjas MNET, pueden atravesar fácilmente la barrera hematoencefálica (BHE). La eficiencia del cruce de la BHE de las MNET se mejora gracias al péptido T7 , que es fundamental para tratar un accidente cerebrovascular isquémico. [22] En un estudio sobre ratas con oclusión de la arteria cerebral media (MCAO), las tratadas con MNET experimentaron una atenuación significativa del daño neurológico. [21]
Aunque la investigación está avanzando, los científicos han encontrado algunas limitaciones. El uso de componentes exteriores naturales con componentes interiores sintéticos aumenta la complejidad del desarrollo de nanoesponjas. La baja solubilidad y la inestabilidad acuosa son las principales causas de la complejidad estructural. [23] Además, su pequeño tamaño y propiedades únicas a nanoescala dificultan su extracción total del cuerpo o del ecosistema , lo que podría provocar cantidades cada vez mayores de material sintético no deseado en el medio ambiente o en el cuerpo. [24] [1] Por esta razón, también es difícil realizar estudios en humanos. Como cualquier investigación médica, existe una gran variedad de riesgos asociados con la implementación de nuevos tratamientos, ya que los resultados podrían ser potencialmente fatales. [3] Si las nanopartículas no se pueden extraer del cuerpo, el contenido de toxicidad podría causar daño interno al paciente. [8] [3] El rechazo del cuerpo a estas nanopartículas también podría causar una respuesta inmunológica no deseada , que podría dañar al cuerpo más que ayudarlo. Por ejemplo, el Dr. Zhang de la Universidad de California en San Diego sugiere que, en el caso de la artritis reumatoide , esto podría provocar una respuesta inmunitaria , es decir, no combatir la enfermedad sino impulsarla. Si se utilizan membranas de neutrófilos para recubrir nanopartículas, éstas contienen autoantígenos que provocan una respuesta inmunitaria. [8]
