Burbujas microscópicas para imagen médica

HOUSTON – (15 de julio de 2024) – Investigadores de bioingeniería de la Universidad Rice han desarrollado nanoestructuras de proteínas llenas de gas, ultrapequeñas y estables, que podrían revolucionar la imagen por ultrasonido y la administración de medicamentos. A diferencia de las microburbujas o nanoburbujas actuales, que son demasiado grandes para cruzar las barreras biológicas de manera eficaz, las novedosas vesículas de gas de 50 nanómetros (50-NM GV) en forma de diamante, aproximadamente del tamaño de los virus, se cree que son las estructuras libres flotantes estables más pequeñas para la imagen médica jamás creadas.

Las microburbujas han permitido avances recientes prometedores en la imagen por ultrasonido y la administración de genes y fármacos mediada por ultrasonido. Utilizadas como agentes de contraste, pueden proporcionar información a nivel molecular sobre biomarcadores o tipos de células diana. Sin embargo, debido a su gran tamaño (1-10 micrómetros de diámetro), rara vez pueden abandonar el torrente sanguíneo, lo que limita su eficacia a los tejidos bien vascularizados.

En cambio, las nuevas 50-NM GV pueden penetrar el tejido, y la investigación ha demostrado que pueden llegar a importantes poblaciones de células inmunitarias en los ganglios linfáticos. Esto abre nuevas posibilidades para la imagen y la administración de terapias a células previamente inaccesibles.

Las imágenes de microscopía electrónica del tejido linfático revelan que grandes cohortes de nanoestructuras se agrupan dentro de las células que desempeñan un papel fundamental en la activación de la respuesta inmunitaria innata, lo que sugiere su posible uso en inmunoterapias, profilaxis contra el cáncer y diagnóstico temprano y tratamiento de enfermedades infecciosas. El trabajo se detalla en la revista Advanced Materials.

“Este avance abre nuevas vías para el tratamiento de enfermedades mediado por ultrasonido, impactando en las futuras prácticas médicas y los resultados de los pacientes. La investigación tiene implicaciones notables para el tratamiento de cánceres y enfermedades infecciosas, ya que las células residentes en los ganglios linfáticos son objetivos críticos para las inmunoterapias”, dijo el autor del estudio George Lu, profesor asistente de bioingeniería y becario del Instituto de Prevención e Investigación del Cáncer de Texas.

Los métodos de investigación incluyeron ingeniería genética, técnicas de caracterización de nanopartículas, microscopía electrónica e imagen por ultrasonido para analizar la distribución y la respuesta acústica de estas estructuras.

“La razón de ser era aprovechar su pequeño tamaño y sus propiedades acústicas para aplicaciones biomédicas”, dijo Lu. “Este trabajo representa un diseño pionero de nanoestructuras de proteínas funcionales llenas de gas lo suficientemente pequeñas como para atravesar el sistema linfático”.

El estudio describe varias direcciones para futuras investigaciones, incluida la evaluación de la bioseguridad e inmunogenicidad de las nanoburbujas, la determinación de los parámetros óptimos de ultrasonido para aplicaciones in vivo y más.

“En términos más generales, esto representa un avance significativo en el diseño de materiales, lo que podría conducir a aplicaciones innovadoras en varios campos científicos”, dijo Lu. “Debido a que estas nanoestructuras están compuestas enteramente de proteínas y se producen dentro de bacterias vivas, ejemplifican cómo los materiales biogénicos pueden superar el rendimiento de los materiales sintéticos”.

La investigadora postdoctoral de Rice, Qionghua Shen, y el estudiante de posgrado Zongru Li son los autores principales del artículo. Otros autores de Rice incluyen a Yixian Wang, Matthew Meyer, Marc De Guzman, Janie Lim y Han Xiao. Richard Bouchard, del Centro de Cáncer MD Anderson de la Universidad de Texas, también es autor.

Este trabajo fue apoyado por CPRIT (RR190081, RR170014 y RP190131), los Institutos Nacionales de Salud (R00EB024600, R21EB033607, R01CA277838, R35GM133706, R01EB028762 y P30CA016672), la Fundación Robert A. Welch, la Fundación G. Harold y Leila Y. Mathers, la Hearing Health Foundation y la Fundación John S. Dunn.

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Este comunicado de prensa puede encontrarse en línea en news.rice.edu.

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Artículo revisado por pares:

Nanoestructuras de proteínas llenas de gas de 50 nm para permitir el acceso de las células linfáticas mediante tecnologías de ultrasonido | Advanced Materials | DOI: 10.1002/adma.202307123

Autores: Qionghua Shen, Zongru Li, Yixian Wang, Matthew Meyer, Marc De Guzman, Janie Lim, Han Xiao, Richard Bouchard y George Lu

Descargas de imágenes:

LEYENDA: George Lu (izquierda) y Zongru Li (Foto de Anna Stafford / Universidad Rice)

LEYENDA: Zongru Li (izquierda) y George Lu (Foto de Anna Stafford / Universidad Rice)

Acerca de Rice:

Ubicada en un campus boscoso de 300 acres en Houston, la Universidad Rice se encuentra constantemente entre las 20 mejores universidades del país según U.S. News & World Report. Rice tiene escuelas de arquitectura, negocios, estudios continuos, ingeniería, humanidades, música, ciencias naturales y ciencias sociales muy respetadas y alberga el Baker Institute for Public Policy. Con 4.574 estudiantes de pregrado y 3.982 estudiantes de posgrado, la proporción de estudiantes de pregrado a profesores de Rice es de poco menos de 6 a 1. Su sistema de colegios residenciales crea comunidades muy unidas y amistades de por vida, solo una razón por la que Rice está clasificada como número 1 por mucha interacción de raza / clase, número 2 por las mejores universidades y número 12 por la calidad de vida según Princeton Review. Rice también está clasificada como la mejor relación calidad-precio entre las universidades privadas por Kiplinger’s Personal Finance.