Creating Biomedical Technologies to Improve Health

Administración Dirigida de Fármacos con Microburbujas

Friday, September 16, 2005

La lipoesferas marcadas fluorescentemente circulan por los vasos sanguíneos en una membrana transparente. La imagen al microscopio que aparece en la parte superior izquierda muestra un vaso sanguíneo antes de que un tren de impulsos de ultrasonido fragmente las lipoesferas. La imagen superior derecha muestra los vasos sanguíneos tres minutos después del ultrasonido. Las dos imágenes inferiores se obtuvieron usando la señal fluorescente emitida por las lipoesferas. La imagen inferior izquierda muestra el vaso sanguíneo antes de la fragmentación y la imagen inferior derecha lo muestra tres minutos después del ultrasonido. En los estudios actuales, la secuencia de impulsos de ultrasonido rompe en pedazos las lipoesferas liberando el colorante que se adhiere después a la pared del vaso sanguíneo. Este método ofrece mayor precisión para la administración dirigida de fármacos. Los próximos estudios incluirán un fármaco en vez de un colorante. Imagen cortesía de Katherine Ferrara.

La lipoesferas marcadas fluorescentemente circulan por los vasos sanguíneos en una membrana transparente. La imagen al microscopio que aparece en la parte superior izquierda muestra un vaso sanguíneo antes de que un tren de impulsos de ultrasonido fragmente las lipoesferas. La imagen superior derecha muestra los vasos sanguíneos tres minutos después del ultrasonido. Las dos imágenes inferiores se obtuvieron usando la señal fluorescente emitida por las lipoesferas. La imagen inferior izquierda muestra el vaso sanguíneo antes de la fragmentación y la imagen inferior derecha lo muestra tres minutos después del ultrasonido. En los estudios actuales, la secuencia de impulsos de ultrasonido rompe en pedazos las lipoesferas liberando el colorante que se adhiere después a la pared del vaso sanguíneo. Este método ofrece mayor precisión para la administración dirigida de fármacos. Los próximos estudios incluirán un fármaco en vez de un colorante. Imagen cortesía de Katherine Ferrara.

Tratar los tumores cerebrales malignos puede ser difícil. La barrera protectora hematoencefálica bloquea la acción de muchos fármacos en las células cerebrales. Ahora, un nuevo método para administrar fármacos directamente a la zona afectada podría aumentar la eficacia de la quimioterapia en los tumores cerebrales y disminuir su efecto tóxico en las células sanas.

Los investigadores de la Universidad de California, Davis, e ImaRx Therapeutics en Tucson, Arizona, están desarrollando una técnica innovadora que utiliza ultrasonido y "microburbujas" cargadas de fármacos para administrar los fármacos concentrados de la quimioterapia al epitelio interno de los vasos sanguíneos. Los médicos ya usan el ultrasonido para identificar tumores y guiar los procedimientos de la biopsia. Las secuencias de impulso del ultrasonido también pueden guiar medicamentos empacados en microesferas a partes específicas del cuerpo.

El ultrasonido como guía

NIBIB concedió una subvención a la Dra. Katherine Ferrara, profesora de ingeniería biomédica en la Universidad de California, Davis, y su estudiante Michaelann Shortencarier ha demostrado que el ultrasonido puede guiar diminutas burbujas de gas llenas con colorante fluorescente a una zona específica, y después las ráfagas de ultrasonido pueden fragmentar las burbujas y rociar su contenido en el tejido enfermo. Se están realizando estudios pre-clínicos.

Ferrara, Shortencarier, y colegas utilizan lipoesferas acústicamente activas (AALS o acoustically active lipospheres) - burbujas microscópicas que tienen gas en el centro rodeado por una capa gruesa de aceite y encapsuladas por una capa externa de sustancias grasas conocidas como lípidos. El revestimiento externo lipídico de la microburbuja contiene el fármaco mientras circula por todo el cuerpo y evita la toxicidad sistémica cuando se administra el fármaco concentrado a una región específica.

En sus experimentos, los investigadores llenaron las lipoesferas con un colorante fluorescente y las dirigieron hasta una zona diana utilizando un patrón de impulsos de ultrasonido especialmente diseñado. Al aplicar ultrasonido a las lipoesferas hace que las burbujas de gas dentro de ellas se expandan y contraigan. Una serie de impulsos de ultrasonido está diseñada específicamente para aumentar el contacto estrecho entre las lipoesferas y su diana. Una vez que las lipoesferas están en el lugar deseado, un impulso de ultrasonido de gran intensidad rompe las burbujas en fragmentos diminutos, liberando el colorante. Los investigadores se están enfocando actualmente en el envío de lipoesferas a las paredes de los vasos sanguíneos, ya que éstos nutren los tumores.

Desde el laboratorio a la práctica clínica

La técnica de ultrasonido/lipoesferas ofrece varias ventajas frente a los métodos existentes de administración de fármacos. El ultrasonido puede enviar selectivamente lipoesferas cargadas de fármaco a un tumor u órgano, y después liberar el fármaco en una zona específica. La fuerza que se utiliza para impulsar el fármaco asegura que éste es enviado específicamente a las células superficiales o endoteliales de los vasos sanguíneos de la zona diana y que no se liberan simplemente en el torrente sanguíneo. "La idea es que se pueda utilizar la presión del ultrasonido para impedir que el vehículo utilizado para la transmisión del fármaco se distribuya uniformemente por todo el cuerpo", dijo la Dra. Ferrara.

Ferrara espera que esta tecnología ayude a tratar el cáncer cerebral. Para que sea beneficioso, los fármacos utilizados para tratar los tumores cerebrales deben cruzar la barrera hematoencefálica. Sin embargo, esta defensa protectora bloquea la acción terapéutica de muchos fármacos y con frecuencia, hace que la quimioterapia sea ineficaz. Cuando se cruza la barrera, todo el cerebro, no solamente la zona afectada, está sujeta a los efectos tóxicos de la quimioterapia. Aunque todavía quedan varios años para realizar ensayos clínicos con seres humanos, Ferrara dice que la administración de fármacos mediante ultrasonido podría producir menos efectos secundarios y mejorar los resultados clínicos de los pacientes.

El objetivo de los investigadores es utilizar patrones de impulsos para guiar y después romper las microburbujas integradas en máquinas convencionales de ultrasonido, combinando así el trabajo diagnóstico y terapéutico. El equipo desea desarrollar una amplia gama de secuencias de impulsos y vehículos para la administración de fármacos para tratar también otras enfermedades. "Estamos explorando el uso de estas técnicas en una amplia variedad de aplicaciones clínicas", dijo Ferrera.

El Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería (National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering), y el Instituto Nacional del Cáncer (National Cancer Institute) financiaron la investigación.

Referencia

Shortencarier MJ, Dayton PA, Bloch SH, Schumann PA, Matsunaga TO, Ferrara KW. A method for radiation-force localized drug delivery using gas-filled lipospheres, IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control 51, 821-830, 2004.