p (Phys.org) —Um novo método para encontrar e entregar drogas curativas para microfissuras ósseas recém-formadas foi inventado por uma equipe de químicos e bioengenheiros da Penn State University e da Boston University. O método envolve a entrega direcionada dos medicamentos, diretamente para as rachaduras, nas costas de minúsculas nanopartículas autoalimentadas. A energia que acelera os motores das nanopartículas e os envia correndo em direção à rachadura vem de uma fonte surpreendente - a própria rachadura. p "Quando ocorre uma rachadura em um osso, ele perturba os minerais do osso, que lixiviam como partículas carregadas - como íons - que criam um campo elétrico, que puxa as nanopartículas carregadas negativamente em direção à fenda, "disse o professor de química da Penn State, Ayusman Sen, um co-líder da equipe de pesquisa. "Nossos experimentos mostraram que uma partícula biocompatível pode rápida e naturalmente levar um medicamento para a osteoporose diretamente a um osso recém-fraturado."

p Sen disse que a formação desse tipo de campo elétrico é um fenômeno bem conhecido, mas outros cientistas não o haviam usado anteriormente como fonte de energia e farol para fornecer ativamente medicamentos de cura óssea nos locais com maior risco de fratura ou deterioração ativa. "É uma nova maneira de detectar rachaduras e entregar medicamentos a eles, "disse o co-líder da equipe e Professor da Universidade de Boston, Mark Grinstaff.

p O método é mais enérgico e mais direcionado do que os métodos atuais, em que os medicamentos andam passivamente na corrente sanguínea circulante, onde eles podem ou não chegar a microfissuras em uma dosagem alta o suficiente para iniciar a cura. O novo método tem a promessa de tratar - assim que se formarem - as microfissuras que levam à fratura de ossos em pacientes com osteoporose e outras condições médicas.

p Para encontrar uma maneira de curar as microfissuras antes que se transformem em rupturas, Sen e seu aluno de graduação Vinita Yadav uniram seu laboratório de química com o laboratório de química / engenharia biomédica de Grinstaff. Os cientistas então fizeram uma série de experimentos em cada um de seus laboratórios. Um artigo científico que descreve esses experimentos foi publicado este mês na revista internacional de química Angewandte Chemie .

p A primeira série de experimentos de Sen e Yadav testou sua nova maneira de fornecer medicamentos em um sistema modelo usando osso de uma tíbia e fêmur humanos e partículas fluorescentes muito pequenas chamadas pontos quânticos feitas de um material sintético. Sen disse, "Adicionamos fluorescência a essas partículas porque a fluorescência as torna muito fáceis de ver ao microscópio." Esta primeira série de testes mostrou que os pontos quânticos carregados negativamente, na verdade, mover-se em direção e empilhar em uma fenda recém-formada.

p Em seguida, os cientistas testaram seu sistema usando um material biológico natural - uma molécula de proteína - para ver se funcionaria no osso humano tão bem quanto o comportamento dos pontos quânticos sintéticos. Os resultados desses testes foram encorajadores. Então, a equipe liderada por Sen e Grinstaff elevou ainda mais o nível, fazendo seu próximo conjunto de experimentos com nanomotores feitos de um material biológico e um material sintético. Eles queriam ver se podiam anexar o material biológico - um medicamento usado para tratar a osteoporose - em um material sintético que pudesse carregá-lo, como um nanotruck, a uma rachadura em um osso humano. O material sintético que os cientistas selecionaram para transportar o medicamento para a osteoporose (ácido polilático-co-glicólico) foi aprovado pela Federal Drug Administration e é amplamente utilizado em dispositivos médicos. O objetivo desse conjunto de experimentos era fazer um nanotruck com alimentação própria que pudesse transportar o medicamento para osteoporose (alendronato de sódio) e teria uma boa chance de ser seguro para uso dentro do corpo humano.

p Como as nanopartículas nos testes anteriores, o material nanotruck aprovado pelo FDA tinha uma pequena molécula fluorescente ligada a ele para que seus movimentos pudessem ser vistos sob um microscópio. "Nossos experimentos mostram que este nanomotor bio-seguro pode, na verdade, transportar com sucesso o medicamento para a osteoporose a uma nova fenda em um osso humano, "Sen disse. Ele explicou que, mesmo quando esses nanomotores foram carregados com milhões de moléculas de sua carga de cura óssea, cada um ainda era 30 a 40 vezes menor do que um glóbulo vermelho.

p Em um conjunto final de experimentos, feito no laboratório Grinstaff na Universidade de Boston, o estudante de graduação Jonathan Freedman testou o mesmo medicamento para osteoporose em células ósseas humanas vivas. "As células ósseas tratadas aumentaram em número em comparação com aquelas que não foram tratadas com o medicamento para osteoporose, o que confirma outros estudos que mostraram que esta droga é eficaz na reparação de ossos humanos, "Grinstaff disse.

p "O que torna nossos nanomotores diferentes é que eles podem entregar medicamentos de forma ativa e natural a uma área específica, "Sen disse." Métodos atuais, em contraste, envolvem tomar um medicamento e esperar que uma quantidade suficiente chegue aonde é necessário para a cura. "Agora que este sistema de administração de medicamentos movido a motor nanomotor começou, ele vai precisar de muitos mais testes e muito mais desenvolvimento antes de se provar seguro e eficaz na prevenção de ossos quebrados em pacientes com doenças como a osteoporose.