Modelado computacional y pruebas experimentales de la orientación y transporte de nanoportadores guiados magnéticamente para aplicaciones en distribución localizada de fármacos

Abstract

RESUMEN: El Alzheimer es una enfermedad fatal y progresiva del cerebro que. con el paso del tiempo, conlleva a un deterioro mental traducido en demencia. Los tratamientos tradicionales contra múltiples patologías como el Alzheimer o el Cáncer implican efectos secundarios, debido entre otras razones, a que las drogas alcanzan tejidos sanos durante su transporte en el cuerpo. Otra importante limitación es que, para alcanzar las células afectadas, en el caso particular de enfermedades neurodegenerativas, los medicamentos deberán atravesar la barrera hematoencefálica: membrana altamente selectiva al paso de sustancias hacia el cerebro. Los nanomateriales han surgido como una alternativa para superar las contravenciones de dichos tratamientos, debido principalmente a su capacidad para ser funcionalizados con macromoléculas biocompatibles, que a su vez pueden conjugarse con medicamentos. De esta forma se construyen nanoportadores de fármacos, cuyo transporte en el cuerpo es susceptible de ser direccionado para lograr la distribución localizada de medicamentos directamente sobre las células afectadas. Adicionalmente, debido a su tamaño, son excelentes candidatos para su translocación a través de la barrera hematoencefálica. Los ferrofluidos son suspensiones de nanopartículas magnéticas cuyo transporte puede ser direccionado por campos magnéticos externos continuos no uniformes, lo que los convierte en una alternativa de transporte en terapias que se benefician por la liberación localizada de fármacos. Sin embargo, este tipo de terapias no se han caracterizado lo suficiente para aplicarse in vivo y los ensayos in vitro son generalmente costosos, demandan tiempo e incluyen errores experimentales. El modelado computacional ha surgido como una alternativa para llevar a cabo ensayos in silico, ya que permite simular experimentos reales en un entorno computacional, eludiendo el error experimental y ahorrando tiempo y recursos. Este proyecto busca avanzar en el transporte y orientación magnética de nanopartículas funcionalizadas con medicamentos a través del cuerpo, en pro del desarrollo de tratamientos de liberación localizada de fármacos a nivel cerebral. Por lo tanto, el objetivo general de este proyecto es modelar y simular el transporte guiado de agentes terapéuticos para el tratamiento del Alzheimer, que se encuentran inmovilizados en nanopartículas magnéticas y confinados en microcanales que emulan en geometría y tortuosidad sistemas vasculares encontrados en proximidad al cerebro humano. Esto se pretende lograr mediante el ensamblaje in silico de dispositivos de microfluídica que permitan modelar y simular el transporte de nanopartículas de magnetita bajo el efecto de campos magnéticos externos continuos. Adicionalmente, se validaron los resultados del modelado computacional mediante el prototipado de un dispositivo de microfluídica con características topológicas y geométricas de sistemas fisiológicos para la posterior liberación y guía de nanopartículas de magnetita. De esta manera, se establecieron los criterios para el direccionamiento magnético de las partículas hacia sitios específicos del dispositivo de microfluídica. Se espera que los resultados del proyecto permitan elucidar los requerimientos para el desarrollo de instrumentación robusta que asegure el direccionamiento de nanopartículas magnéticas en aplicaciones in vivo a través de la manipulación de campos magnéticos.