Administración de fármacos guiada por computadora desarrollada para trastornos cerebrales
Las representaciones tridimensionales de la administración simulada de múltiples bolos a varias estructuras cerebrales (cuerpo estriado, amígdala, sustancia negra e hipocampo) muestran de uno a cuatro bolos. Crédito: laboratorios Graybiel, Cima y Langer.
Aunque empezamos a conocer los medicamentos y las terapias que podrían ayudar a aliviar los trastornos cerebrales, la entrega eficiente sigue siendo un obstáculo para abordar estas enfermedades devastadoras. Una nueva investigación de los laboratorios Graybiel, Cima y Langer en el MIT ahora utiliza un enfoque computacional, que tiene en cuenta la forma irregular de la región del cerebro objetivo, para administrar medicamentos de manera efectiva y específica.
«Identificar moléculas terapéuticas que puedan tratar los trastornos neuronales es solo el primer paso», dice la profesora del Instituto MIT Ann Graybiel, autora principal del artículo. «Todavía existe un desafío formidable cuando se trata de administrar con precisión la terapia a las células más afectadas en el trastorno. Debido a que el cerebro es estructuralmente complejo y las subregiones tienen una forma irregular, se necesitan urgentemente nuevos enfoques de administración».
Fina focalización
Los trastornos cerebrales a menudo surgen de la disfunción en regiones específicas. La enfermedad de Parkinson, por ejemplo, surge de la pérdida de neuronas en una región específica del cerebro anterior, el cuerpo estriado. Dirigirse a tales estructuras es un objetivo terapéutico importante y exige superar la barrera hematoencefálica y, al mismo tiempo, ser específico para las estructuras afectadas por el trastorno.
Dicha terapia dirigida puede lograrse potencialmente utilizando catéteres intracerebrales. Si bien esta es una forma de administración más específica en comparación con la administración sistémica de un fármaco a través del torrente sanguíneo, muchas regiones del cerebro tienen una forma irregular. Esto significa que la administración a lo largo de una región específica del cerebro usando un solo catéter, al tiempo que limita la propagación de un fármaco determinado más allá del área objetivo, es difícil. De hecho, la administración intracerebral de terapias prometedoras no ha llevado al alivio deseado de los trastornos a largo plazo.
«La administración precisa de medicamentos para alcanzar estos objetivos es realmente importante para garantizar una eficacia óptima y evitar efectos adversos fuera del objetivo». Nuestro nuevo sistema, llamado COMMAND, determina cuál es la mejor forma de dosificar objetivos», dice Michael Cima, autor principal del estudio y profesor de ingeniería David H. Koch en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales y miembro del Instituto Koch de MIT para Investigación integradora del cáncer.
Respuesta COMMAND
En el caso de la enfermedad de Parkinson, hay implantes disponibles que limitan los síntomas, pero estos solo son efectivos en un subconjunto de pacientes. Sin embargo, hay una serie de tratamientos terapéuticos potenciales prometedores, como la administración de factor neurotrófico derivado de la glía, donde se necesita una administración precisa a largo plazo para hacer avanzar la terapia.
El Graybiel, Cima y Los laboratorios Langer desarrollaron COMMAND (algoritmos de mapeo computacional para la administración neuronal de fármacos) para ayudar a dirigir un fármaco a una región específica del cerebro en múltiples sitios (administración de múltiples bolos).
«Se cree que muchos ensayos clínicos fracasaron debido a a la mala distribución del fármaco después de la inyección intracerebral», explica Khalil Ramadi Ph.D. ’19, uno de los investigadores principales del artículo y un postdoctorado en los institutos Koch y McGovern. «Racionalizamos que tanto los experimentos de investigación como las terapias clínicas se beneficiarían de la infusión optimizada computacionalmente, para permitir una mayor coherencia entre los grupos y estudios, así como una administración terapéutica más eficaz».
El sistema COMMAND encuentra el equilibrio entre el gemelo desafíos de la administración de fármacos al maximizar la administración en el objetivo y minimizar la administración fuera del objetivo. COMMAND es esencialmente un algoritmo que minimiza un error que refleja una fuga más allá de los límites de un área objetivo específica, en este caso, el cuerpo estriado. También se minimiza un segundo error, y esto resume la necesidad de apuntar a través de esta región cerebral de forma irregular. La estrategia para superar esto es administrar múltiples «bolos» en diferentes áreas del cuerpo estriado para apuntar a esta región de manera precisa, pero completa.
«COMMAND aplica un principio simple al determinar dónde colocar el medicamento: maximizar el cantidad de fármaco que cae dentro de la estructura cerebral objetivo y minimizar los tejidos expuestos más allá de la región objetivo», explica Ashvin Bashyam Ph.D. ’19, coautor principal y ex estudiante graduado con Michael Cima en el MIT. «Este equilibrio se especifica en función de las propiedades del fármaco, como la concentración terapéutica mínima eficaz, la toxicidad y la difusividad dentro del tejido cerebral».
La cantidad de lugares en los que se aplica el fármaco se mantiene lo más bajo posible, lo que simplifica la cirugía sin dejar de proporcionar suficiente flexibilidad para cubrir la región de destino. En simulaciones computacionales, los investigadores pudieron administrar fármacos a estructuras cerebrales compactas, como el cuerpo estriado y la amígdala, pero también a regiones más amplias e irregulares, como el hipocampo.
Para examinar la dinámica espaciotemporal de entrega, los investigadores utilizaron tomografía por emisión de positrones (PET) y una solución «marcada», Cu-64, que les permitió obtener imágenes y seguir un bolo infundido después de la entrega con una microsonda. Con este sistema, los investigadores utilizaron PET con éxito para validar la precisión de la administración de bolos múltiples al cuerpo estriado de ratas y su cobertura guiada por COMMAND.
«Anticipamos que COMMAND puede mejorar la capacidad de los investigadores para apuntar con precisión estructuras cerebrales para comprender mejor su función y convertirse en una plataforma para estandarizar métodos en experimentos de neurociencia», explica Graybiel, quien también es investigador en el Instituto McGovern y profesor en el Departamento de Ciencias del Cerebro y Cognitivas. «Más allá del laboratorio, esperamos que COMMAND siente las bases para ayudar a llevar la administración crónica de fármacos multifocales a los pacientes».
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Los implantes neurales modulan las microestructuras en el cerebro con precisión milimétrica Más información: Khalil B. Ramadi et al. Administración de fármacos intracerebrales guiada por computadora a través de microdispositivos implantados crónicamente, Cell Reports (2020). DOI: 10.1016/j.celrep.2020.107734 Información de la revista: Cell Reports
Proporcionado por el Instituto Tecnológico de Massachusetts Cita: Administración de fármacos guiada por computadora desarrollada para trastornos cerebrales (2020 , 13 de julio) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-07-drug-delivery-brain-disorders.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.