Método de administración del gen de la insulina por nanopartículas

Según un artículo publicado este mes en Nanowerk News, se ha presentado en el 10th Annual Meeting of the American Society of Gene Therapy (ASGT), en Seattle, un método más seguro para la administración del gen de la insulina a pacientes diabéticos utilizando nanopartículas.

La diabetes de tipo 1 o juvenil tiene su origen en una destrucción autoinmune de las células beta (β-células) del páncreas que producen la insulina. Como resultado de la pérdida de insulina, los niveles de azúcar en sangre se elevan demasiado, produciendo daños en los vasos sanguíneos finos y las terminaciones nerviosas que conducen a síntomas debilitantes. Como resultado, los pacientes dependen de inyecciones diarias de insulina para sobrevivir. Sin embargo, es prácticamente imposible hacer coincidir el contenido de azúcar de cada comida con la dosis adecuada de insulina y los errores acumulados reducen considerablemente tanto la calidad de vida como su duración.

Recrear una secreción de insulina interna con la regulación adecuada en células portadoras (células no beta) de individuos con diabetes es un enfoque atractivo para curar esta enfermedad. El principal obstáculo de este enfoque ha sido replicar la secreción automática de insulina regulada según los requerimientos del cuerpo.

El objetivo del Dr. Anthony Cheung y sus colegas de enGene, Inc., Vancouver, es desarrollar un enfoque que restaure la producción de insulina en respuesta a la comida en individuos con diabetes, eliminando la necesidad de las inyecciones de insulina y mejorando, al mismo tiempo, el control de los niveles de azúcar en sangre. Pretenden lograrlo induciendo a células específicas del intestino para que asuman la producción de insulina.

El equipo ha demostrado previamente que es posible inducir las células K del intestino con el gen de la insulina para producir esta sustancia en respuesta a la ingestión de alimentos, en un patrón comparable a la producción normal de insulina llevada a cabo por el páncreas.

Para trasladar esta tecnología a un uso clínico, el equipo desarrolló un novedoso método de administración del gen de la insulina a las células K del intestino utilizando nanopartículas. Estas nanopartículas contienen un componente llamado chitosán que protege al gen de la insulina mientras está en el intestino, así como a la integrasa para insertar el gen de la insulina en las células intestinales del paciente.

Se espera que la administración de genes por medio de estas nanopartículas sea más segura y menos inmunógena que la mayoría de los agentes basados en virus utilizados habitualmente. En la prueba preclínica presentada en este congreso, una sola administración de nanopartículas indujo la producción de insulina durante más de 130 días en las células receptoras. Es más, la producción de insulina respondía a las comidas.

Fuente: Nanowerk

Fabricación de plásticos con azúcar

Según un artículo publicado esta semana en Technology Review, investigadores del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) han descubierto un modo sencillo y barato para convertir la glucosa directamente en una sustancia química que se puede utilizar para fabricar poliéster y otros plásticos e, incluso, combustibles.

El petróleo se suele utilizar en la elaboración de plásticos y de varios productos químicos, como fertilizantes y disolventes, pero los investigadores están intentando encontrar un modo más sencillo y asequible para convertir los azúcares de las plantas, incluidos la glucosa y la fructosa, en compuestos que puedan reemplazar al petróleo. En caso de éxito, esta nueva tecnología podría utilizar una sustancia química obtenida a partir de maíz, patatas e incluso hierva, para sustituir a otras derivadas del petróleo.

Aunque algunos estudios previos han descubierto varias formas de convertir la fructosa y la glucosa en plásticos e incluso combustibles, los procesos de conversión son complejos y costosos y, a menudo, poco eficaces para la conversión de la fructosa.

Conrad Zhang, científico del PNL’s Institute for Interfacial Catalysis que dirigió el estudio y sus colegas, han desarrollado un proceso de catálisis para transformar los azúcares en un compuesto orgánico llamado hidroximetilfurfural o HMF, que se puede convertir en poliéster y en un combustible similar al gasoil. La técnica, que los investigadores describen Science, puede obtener casi un 90% de HMF a partir de la fructosa y un 70% a partir de la glucosa.

La producción a partir de la fructosa es similar a la obtenida por otros grupos en el pasado, pero Zhang afirma que su proceso es más simple, con menos pasos y, por tanto, con una mejor relación eficacia-coste. Los métodos anteriores utilizaban un catalizador ácido y las reacciones químicas se producían en una disolución acuosa, dando lugar a elevados niveles de impurezas. En lugar de una disolución acuosa, los investigadores del PNL utilizaron unos disolventes conocidos como líquidos iónicos, que utilizan cloruros de metales como catalizadores. La reacción química resultante produce un HMF casi puro, evitando los costes de purificación, señala Zhang.

Tras probar varios cloruros de metales, los investigadores descubrieron que el cloruro de cromo es el mejor catalizador para la glucosa. Es el que obtiene más HFM a partir de la glucosa y funciona a temperaturas de 80°C para la fructosa y de 100°C para la glucosa.

La capacidad de fabricar HMF directamente a partir de la glucosa y en producciones relativamente elevadas ha captado la atención de algunos expertos. La nueva técnica es un paso en la dirección correcta, señala Leo Manzer, presidente de Catalytic Insights, una consultora de Wilmington (Delaware).

El objetivo final será la construcción de un reactor económico capaz de convertir biomasa celulósica en HMF. Según Zhang su equipo ya está trabajando en un método que utilice la celulosa directamente. Sin embargo, el primer paso será desarrollar un proceso comercial para convertir la glucosa en HMF y eso llevará varios años.

Fuente: Technology Review

Avance en nanomecanización y ruptura molecular orgánica

Según un artículo publicado este mes en Nanowerk.com, investigadores en ingeniería de la Universidad de Arkansas y la Universidad de Nebraska-Lincoln han descubierto un novedoso proceso de nanomecanización que permitirá a los fabricantes producir mejores dispositivos a nanoescala para realizar funciones importantes, como la detección de ADN o un control preciso de la administración de fármacos.

La investigación, que se publicará en la revista Physical Review Letters, se centra en la ruptura dieléctrica de moléculas orgánicas de líquidos introducidas durante el proceso de nanomecanización. Los materiales dieléctricos no conducen la corriente eléctrica.

“La comprensión de las propiedades dieléctricas de capas muy finas desempeña un papel fundamental en los dispositivos electrónicos de última generación”, señala Ajay Malshe, profesor de ingeniería mecánica de la Universidad de Arkansas. “En los últimos 10 años, el proceso de mecanización en materiales conductores para estos dispositivos ha llegado al nivel de los micrómetros (entre 3 y 10 micrómetros). Ahora, con este proyecto, hemos demostrado por primera vez la ruptura dieléctrica a nivel nanométrico”.

“Este conocimiento es un paso importante de cara a lograr reproductibilidad, fiabilidad y repetibilidad a la hora de fabricar a escalas por debajo de los 20 nanómetros, algo fundamental para la realización de sistemas activos a nanoescala”, señaló Kamlakar Rajurkar, profesor de ingeniería industrial y sistemas de gestión de la Universidad de Nebraska-Lincoln.

Utilizando un microscopio de sonda de barrido con características adicionales, Malshe, Rajurkar y Kumar Virwani, ingeniero coautor del estudio, concibieron una máquina de descarga eléctrica y una plataforma de fabricación y descubrieron la ruptura de moléculas dieléctricas a través de un agujero de menos de 20 nanómetros de longitud. La plataforma de mecanizado nanoeléctrica permitió a los investigadores colocar una punta del cátodo (electrodo con carga negativa que actúa como punto) contra un plano del ánodo (plano con carga positiva) haciendo un sándwich con las moléculas orgánicas entre ambos.

El voltaje aplicado en el agujero generó un intenso campo eléctrico. Tras realizar el corte y parar el voltaje, los investigadores observaron el comportamiento de las moléculas orgánicas, confinadas en el agujero. Rajurkar identificó el proceso anterior como mecanizado por descarga eléctrica a nanoescala o nanoEDM.

El medio molecular orgánico es una parte integral de la organización de mecanizado, señala Malshe. Entender sus propiedades dieléctricas y de ruptura es fundamental para determinar cómo funciona el proceso de mecanizado y conducirá a una mejora de la velocidad y el rendimiento de mecanización.

Entender el comportamiento y la ruptura molecular del medio dieléctrico durante la mecanización de materiales extremadamente resistentes es también fundamental para el desarrollo de productos comerciales con estas características, como nanoporos para la detección del ADN, nanosurtidores para una administración controlada de fármacos y boquillas para dispositivos fluídicos.

Hay una gran demanda de estas características en metales difíciles de mecanizar, como el oro, el titanio, el platino o el silicio; cerámicas como el nitruro de silicio o el dióxido de silicio y polímeros conductores. Esta investigación amplía también el conocimiento de la electrónica molecular y orgánica.

Según Virwani, el éxito de nanoEDM permitirá a la industria trabajar en una variedad de materiales eléctricamente conductores y semiconductores en un entorno distinto del vacío y será decisivo para una amplia gama de aplicaciones emergentes.

Fuente: Nanowerk

Plástico auto-reparable

Nuevo plástico que se arregla a sí mismo

Según un artículo publicado esta semana en Technology Review, investigadores de la Universidad de Illinois, en Urbana-Champaign (UIUC), han desarrollado un nuevo material polimérico capaz de arreglarse a sí mismo repetidas veces cuando se rompe.
Esto supone un gran avance de cara a la autorreparación de implantes médicos y materiales para aviones y aeronaves. También se podría utilizar para la refrigeración de microprocesadores y circuitos electrónicos y podría allanar el camino hacia recubrimientos de plástico que se autorregeneren.

El primer material con capacidad para repararse a sí mismo lo presentaron investigadores de la UIUC hace seis años y, desde entonces, otros grupos de investigación han desarrollado diferentes versiones de estos materiales, incluyendo polímeros que se autoarreglan repetidas veces con la aplicación de calor o presión. Sin embargo, esta es la primera vez que se ha desarrollado un material capaz de arreglarse a sí mismo múltiples veces sin ningún tipo de intervención externa, señala Nancy Sottos, profesora de ingeniería y ciencias de los materiales de la UIUC y uno de los investigadores que dirigió el estudio.

Sottos y sus colegas han diseñado el nuevo material, presentado esta semana en la revista Nature Materials, para imitar a la piel humana. Cuando la capa externa de la piel se corta, la capa interna, llena de una densa red de diminutos vasos sanguíneos, envía rápidamente nutrientes al corte para ayudar a curarlo. El nuevo material consta de una capa de polímero epoxi depositado sobre un sustrato que contiene una red tridimensional de microcanales. El recubrimiento epoxi contiene diminutas partículas catalizadoras, mientras que los canales del sustrato se llenan con un agente curativo líquido.

Para probar el material, los investigadores doblaron y rompieron el recubrimiento polimérico. Cuando la rotura alcanza los microcanales que hay debajo, se libera el agente curativo, señala Sottos. Entonces, éste entra contacto con el catalizador y en unas diez horas se convierte en polímero y rellena la rotura. El sistema no necesita ningún tipo de presión externa, sino que el líquido se desplaza simplemente por los canales.

Los investigadores han logrado romper y reparar la superficie hasta siete veces; luego, se ha gastado el catalizador y ha dejado de funcionar. Según ellos, la próxima generación del material debería poder repararse a sí mismo muchas más veces. Además, procurarán incrementar su capacidad de autorreparación, conectando la red de microcanales a una pequeña reserva, de modo que si se acaba el agente curativo o el catalizador se recurra a la reserva. Sottos y colegas ya están trabajando en ello.
Según Sottos, se podría utilizar también el mismo diseño pero con otras combinaciones de resinas y catalizadores para formar otros polímeros. Esto abriría las puertas a muchas otras aplicaciones.

Fuente: Technology Review