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Innovador tratamiento de la osteoporosis utiliza ultrasonido para reparar los huesos

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Investigadores de la Universidad de Florida Central han creado una tecnología única para tratar la osteoporosis que utiliza nanoburbujas para administrar el tratamiento en áreas específicas del cuerpo de una persona.

Por: Robert Wells – Universidad de Florida Central

La invención utiliza nanoburbujas que responden a ultrasonidos para administrar tratamiento en áreas específicas del cuerpo de una persona, evitando los efectos secundarios asociados con los tratamientos tradicionales para la osteoporosis, como la osteonecrosis (retraso en la cicatrización de la mandíbula) y problemas gastrointestinales.

La nueva tecnología fue desarrollada por Mehdi Razavi, profesor asistente en la Facultad de Medicina de la UCF y miembro del Grupo Biionix en la UCF, y Angela Shar, estudiante de ciencias biomédicas de la UCF en el Laboratorio de Biomateriales y Nanomedicina, como parte del enfoque del laboratorio en el desarrollo de herramientas. para el diagnóstico y la terapéutica.

La osteoporosis es una enfermedad caracterizada por un desequilibrio entre la capacidad del cuerpo para formar tejido óseo nuevo u osificación y descomponer o eliminar el hueso viejo, lo que se conoce como reabsorción.

Según la Bone Health & Osteoporosis Foundation (BHOF), los estudios sugieren que una de cada dos mujeres y hasta uno de cada cuatro hombres de 50 años o más se romperá un hueso debido a la osteoporosis. Además, los expertos predicen que para 2025, la osteoporosis será responsable de alrededor de 3 millones de fracturas y $25.3 mil millones en costos anuales.

Razavi dice que un cuerpo saludable reemplaza continuamente el tejido óseo viejo o dañado a un ritmo constante para garantizar una buena calidad y masa ósea.

“Pero cuando la tasa de reabsorción ósea se vuelve más alta que la formación de hueso, entonces conduce a la osteoporosis, una enfermedad sistémica del sistema esquelético”, dice.

En la actualidad, muchos tratamientos para la osteoporosis utilizan fármacos como los bisfosfonatos para inhibir la reabsorción ósea. Los efectos secundarios pueden incluir osteonecrosis de la mandíbula (retraso en la cicatrización de la mandíbula) y problemas gastrointestinales.

La invención de la UCF, sin embargo, utiliza nanoburbujas que responden al ultrasonido para administrar el tratamiento en áreas específicas del cuerpo de una persona.

“Existen muchas nanoplataformas para el tratamiento de la osteoporosis”, dice Razavi. “Pero la ventaja de las nanoburbujas sensibles al ultrasonido es que requieren ultrasonido para la interrupción de las burbujas y la entrega de genes. El ultrasonido en sí mismo puede facilitar la formación de hueso”.

Una alternativa viable y segura, la invención de UCF trata y previene los efectos de la osteoporosis.

“Es una tecnología de doble acción”, dice Razavi. “Por un lado, estás reduciendo la reabsorción ósea y, por otro lado, estás aumentando la formación ósea usando ultrasonido”.

En una aplicación de ejemplo, las nanoburbujas llevan el gen de silenciamiento o eliminación relacionado con la osteoporosis, el ácido ribonucleico de interferencia pequeño de catepsina K (ARNip de CTSK).

Razavi dice que las nanoburbujas protegen al siRNA de la interacción directa con su entorno y se dirigen a las células de los osteoclastos, que son las células óseas que portan el gen CTSK. CTSK es un actor clave en el proceso de reabsorción ósea.

“Entonces, regulamos a la baja, reducimos la alta expresión de esos genes [de resorción ósea] usando el siRNA”, dice.

Agregó que el sistema de administración también ayuda a retardar la liberación del tratamiento y prolonga la eficacia del mecanismo de silenciamiento del gen.

Cada nanoburbuja encapsula el tratamiento en un núcleo de gas y una cubierta líquida hecha de perfluorocarbono.

“El núcleo de gas nos ayuda a obtener imágenes y rastrear las nanoburbujas”, dice Razavi. «También está incrustado con moléculas que pueden apuntar al hueso».

“Las burbujas entran en las células óseas, buscan y encuentran los genes que causan la osteoporosis, y entierran el siRNA de CTSK que luego crea un complejo”, dice. “Ese complejo es termodinámicamente inestable y eso conducirá a una especie de regulación a la baja o silenciamiento de esos genes. Cuando mides la expresión de catepsina K, obtienes una expresión más baja de eso”.

Para una liberación secuencial controlada y un tratamiento personalizado (por ejemplo, baja intensidad para fracturas superficiales frente a alta intensidad para lesiones profundas), los parámetros de ultrasonido se pueden modificar, incluidos el tiempo de exposición, la intensidad, la frecuencia y la forma de onda.

Razavi citó otros usos de la invención.

“Puede usar esto para el cáncer y otras aplicaciones, como enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer”, dice.

Una ventaja de las nanoburbujas sobre las microburbujas es su capacidad para atravesar la membrana celular para administrar tratamientos.

“El ultrasonido en realidad puede abrir la barrera hematoencefálica para facilitar la migración de las nanoburbujas a las células neurales para la entrega de genes”, dice.

Los medicamentos quimioterapéuticos pueden encapsularse en las burbujas y luego inyectarse en los tumores objetivo. Además, debido a que estas burbujas tienen un núcleo de gas, pueden suministrar oxígeno.

“Una solución aquí es suministrar oxígeno al tejido para facilitar la regeneración”, dice. “Estamos tratando de encontrar enfoques que puedan implementarse a nivel mundial, no sean invasivos, estén ampliamente disponibles, sean portátiles y económicos”.

La tecnología está disponible para licencia. Para obtener más información sobre la invención, consulte la hoja de tecnología de nanoburbujas UCF .

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