Un nuevo material abre el camino a la medicación por control remoto y a las píldoras electrónicas
Los resultados de los investigadores de Chalmers se han trasladado al desarrollo del producto, llevado a cabo por la empresa derivada Nyctea Technologies
Las biomedicinas son producidas por células vivas y se utilizan, entre otras cosas, para tratar el cáncer y las enfermedades autoinmunes. Uno de los problemas es que la producción de estos medicamentos es muy cara, lo que limita el acceso global. Ahora, investigadores de Chalmers han inventado un material que utiliza señales eléctricas para capturar y liberar biomoléculas. El nuevo y eficaz método puede tener un gran impacto en el desarrollo de biomedicinas y allanar el camino para el desarrollo de píldoras electrónicas e implantes de medicamentos.
La superficie del polímero, que se ve como cepillos en la imagen, reacciona a un impulso eléctrico cambiando de estado, pasando de capturar a liberar las biomoléculas verdes. La superficie del polímero primero captura las biomoléculas (izquierda), y cuando se enciende la electricidad las libera (derecha). A diferencia de las biomoléculas, los cepillos de polímero permanecen unidos a pesar del pulso eléctrico, y el proceso puede repetirse.
Illustration: Chalmers University of Technology | Gustav Ferrand-Drake del Castillo
El nuevo material es una superficie polimérica que ante un pulso eléctrico cambia de estado, pasando de capturar a liberar biomoléculas. Esto tiene varias aplicaciones posibles, entre ellas el uso como herramienta para la separación eficaz de un medicamento de las demás biomoléculas que crean las células en la producción de medicamentos biológicos. Los resultados del estudio se han publicado recientemente en la revista científica Angewandte Chemie.
La producción de medicamentos biológicos es muy costosa debido a la falta de una técnica de separación eficiente, y se necesitan nuevas técnicas con un mayor rendimiento del fármaco para reducir los costes de producción y, en última instancia, el coste del tratamiento de los pacientes.
"Nuestras superficies poliméricas ofrecen una nueva forma de separar proteínas utilizando señales eléctricas para controlar cómo se unen y se liberan de una superficie, sin afectar a la estructura de la proteína", afirma Gustav Ferrand-Drake del Castillo, que defendió públicamente su tesis doctoral en química en Chalmers y es el autor principal del estudio.
La técnica de separación convencional -la cromatografía- une fuertemente las biomoléculas a la superficie y se necesitan productos químicos fuertes para hacerlas salir, lo que provoca pérdidas y un escaso rendimiento. Muchos de los nuevos medicamentos han demostrado ser muy sensibles a los productos químicos fuertes, lo que crea un gran problema de producción para la próxima generación de biomedicinas. El menor consumo de productos químicos supone un beneficio para el medio ambiente, mientras que el hecho de que las superficies del nuevo material puedan reutilizarse a través de varios ciclos es una propiedad clave. El proceso puede repetirse cientos de veces sin afectar a la superficie.
Funciones en fluidos biológicos
El material también funciona en fluidos biológicos con capacidad amortiguadora, es decir, fluidos con capacidad para contrarrestar los cambios en el valor del pH. Esta propiedad es notable, ya que allana el camino para la creación de una nueva técnica de implantes y "píldoras" electrónicas que liberan el medicamento en el cuerpo a través de la activación electrónica.
"Se puede imaginar a un médico, o a un programa informático, midiendo la necesidad de una nueva dosis de medicamento en un paciente, y una señal controlada a distancia activando la liberación del fármaco desde el implante situado en el mismo tejido u órgano donde se necesita", dice Gustav Ferrand-Drake del Castillo.
La liberación local activada de fármacos está disponible hoy en día en forma de materiales que cambian su estado en caso de un cambio en el entorno químico circundante. Por ejemplo, se producen comprimidos de material sensible al pH cuando se quiere controlar la liberación de un fármaco en el tracto gastrointestinal, que es un entorno con variaciones naturales del valor del pH. Pero en la mayoría de los tejidos del cuerpo no hay cambios en el valor del pH ni en otros parámetros químicos.
"Poder controlar la liberación y la absorción de proteínas en el cuerpo con intervenciones quirúrgicas mínimas y sin inyecciones de agujas es, en nuestra opinión, una propiedad única y útil". El desarrollo de implantes electrónicos es sólo una de las varias aplicaciones concebibles que están a muchos años vista. La investigación que nos ayuda a vincular la electrónica con la biología a nivel molecular es una pieza importante del rompecabezas en esa dirección", afirma Gustav Ferrand-Drake del Castillo.
Otra ventaja del nuevo método es que no requiere grandes cantidades de energía. El bajo consumo de energía se debe a que la profundidad del polímero en la superficie del electrodo es muy fina, a escala nanométrica, lo que significa que la superficie reacciona inmediatamente a pequeñas señales electroquímicas.
"La electrónica en entornos biológicos suele estar limitada por el tamaño de la batería y las piezas mecánicas móviles. La activación a nivel molecular reduce tanto el requisito de energía como la necesidad de piezas móviles", afirma Gustav Ferrand-Drake del Castillo.
El avance comenzó como una tesis doctoral
La investigación en la que se basa la técnica se llevó a cabo durante el periodo en el que Ferrand-Drake del Castillo era estudiante de doctorado en el equipo de investigación del profesor de Chalmers Andreas Dahlin en la División de Química de Superficies Aplicadas. El proyecto consistía en superficies poliméricas que cambian de estado entre ser neutras y cargadas en función del valor del pH de la solución circundante. Los investigadores consiguieron crear un material lo suficientemente fuerte como para permanecer en la superficie cuando se le somete a repetidas señales eléctricas, y al mismo tiempo lo suficientemente fino como para cambiar realmente el valor del pH como resultado de la electroquímica en la superficie.
"Poco después descubrimos que podíamos utilizar las señales eléctricas para controlar la unión y liberación de proteínas y biomoléculas, y que el material del electrodo funciona en soluciones biológicas como el suero y la sangre centrifugada. Creemos y esperamos que nuestros descubrimientos puedan ser de gran utilidad para el desarrollo de nuevos medicamentos", afirma Andreas Dahlin.
En el último año, los resultados de los investigadores de Chalmers han pasado al desarrollo de productos, llevado a cabo por la empresa derivada Nyctea Technologies. La empresa ya cuenta con clientes entre los principales investigadores y empresas farmacéuticas.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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