El monóxido de carbono es mejor conocido como un gas potencialmente mortal. Sin embargo, en pequeñas dosis, también tiene cualidades beneficiosas: se ha demostrado que reduce la inflamación y puede ayudar a estimular la regeneración de tejidos.
Un equipo de investigadores dirigido por el MIT, el Hospital Brigham and Women’s, la Universidad de Iowa y el Centro Médico Beth Israel Deaconess ha desarrollado una nueva forma de administrar monóxido de carbono al cuerpo evitando sus efectos potencialmente peligrosos. Inspirándose en las técnicas utilizadas en la gastronomía molecular, pudieron incorporar monóxido de carbono en espumas estables que podían administrarse a través del tracto digestivo.
En un estudio con ratones, los investigadores demostraron que estas espumas reducían la inflamación del colon y ayudaban a revertir la insuficiencia hepática aguda causada por una sobredosis de paracetamol. La nueva técnica, descrita hoy en un Ciencia Medicina Traslacional papel, también podría usarse para administrar otros gases terapéuticos, según los investigadores.
“La capacidad de administrar un gas abre oportunidades completamente nuevas sobre cómo pensamos sobre la terapéutica. Por lo general, no pensamos en un gas como un medicamento que tomaría por vía oral (o podría administrarse por vía rectal), por lo que esto ofrece una nueva y emocionante forma de pensar sobre cómo podemos ayudar a los pacientes”, dice Giovanni Traverso, el Karl van. Tassel Career Development Profesor Asistente de Ingeniería Mecánica en MIT y gastroenterólogo en Brigham and Women’s Hospital.
Traverso y Leo Otterbein, profesor de cirugía en la Facultad de Medicina de Harvard y el Centro Médico Beth Israel Deaconess, son los autores principales del artículo. Los autores principales son James Byrne, médico científico y oncólogo radioterapeuta de la Universidad de Iowa (anteriormente residente del Programa de Oncología Radioterápica Mass General Brigham/Dana Farber) e investigador afiliado al Instituto Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer del MIT; David Gallo, investigador de Beth Israel Deaconess; y Hannah Boyce, ingeniera de investigación en Brigham and Women’s.
Entrega por espuma
Desde finales de la década de 1990, Otterbein ha estado estudiando los efectos terapéuticos de dosis bajas de monóxido de carbono. Se ha demostrado que el gas confiere efectos beneficiosos en la prevención del rechazo de órganos trasplantados, la reducción del crecimiento tumoral y la modulación de la inflamación y el daño tisular agudo.
Cuando se inhala en altas concentraciones, el monóxido de carbono se une a la hemoglobina en la sangre y evita que el cuerpo obtenga suficiente oxígeno, lo que puede provocar efectos graves en la salud e incluso la muerte. Sin embargo, en dosis más bajas, tiene efectos beneficiosos como reducir la inflamación y promover la regeneración de tejidos, dice Otterbein.
“Sabemos desde hace años que el monóxido de carbono puede tener efectos beneficiosos en todo tipo de patologías, cuando se administra como gas inhalado”, dice. «Sin embargo, su uso en la clínica ha sido un desafío, por varias razones relacionadas con la administración segura y reproducible y las preocupaciones de los trabajadores de la salud, lo que lleva a las personas a querer encontrar otras formas de ‘administrar'».
Hace unos años, Traverso y Otterbein fueron presentados por Christoph Steiger, ex postdoctorado del MIT y autor del nuevo estudio. El laboratorio de Traverso se especializa en el desarrollo de nuevos métodos de administración de fármacos al tracto gastrointestinal. Para enfrentar el desafío de proporcionar un gas, se les ocurrió la idea de incorporar el gas en una mousse, al igual que los chefs usan dióxido de carbono para crear mousses con frutas, verduras u otros sabores.
Las espumas culinarias generalmente se crean agregando un agente espesante o gelificante a un líquido o sólido que se ha hecho puré, luego mezclándolo para incorporar aire o usando un sifón especializado que inyecta gases como dióxido de carbono o aire comprimido.
El equipo del MIT creó un sifón modificado que se podía unir a cualquier tipo de bote de gas, lo que les permitía incorporar monóxido de carbono en su espuma. Para crear las espumas, utilizaron aditivos alimentarios como alginato, metilcelulosa y maltodextrina. También se ha añadido goma xantana para estabilizar las espumas. Al variar la cantidad de goma xantana, los investigadores pudieron controlar el tiempo que tardó en liberarse el gas una vez que se administraron las espumas.
Después de demostrar que podían controlar el momento de la liberación de gas en el cuerpo, los investigadores decidieron probar las espumas para algunas aplicaciones diferentes. Primero, investigaron dos tipos de aplicaciones tópicas, análogas a la aplicación de una crema para calmar las áreas inflamadas o con picazón. En un estudio en ratones, descubrieron que administrar la espuma por vía rectal reducía la inflamación causada por colitis o proctitis inducida por radiación (inflamación del recto que puede ser causada por radioterapia para el cáncer de cuello uterino, útero o próstata).
Los tratamientos actuales para la colitis y otras afecciones inflamatorias, como la enfermedad de Crohn, generalmente involucran medicamentos que suprimen el sistema inmunológico, lo que puede hacer que los pacientes sean más susceptibles a las infecciones. Según los investigadores, el tratamiento de estas afecciones con una espuma que se puede aplicar directamente sobre el tejido inflamado ofrece un posible enfoque alternativo o complementario a estos tratamientos inmunosupresores. Aunque las espumas se administraron por vía rectal en este estudio, también podría ser posible administrarlas por vía oral, según los investigadores.
«Las espumas son muy fáciles de usar, lo que facilitará su traducción al cuidado del paciente», dice Byrne.
Dosis de control
Les chercheurs ont ensuite entrepris d’étudier d’éventuelles applications systémiques, dans lesquelles le monoxyde de carbone pourrait être délivré à des organes distants, tels que le foie, en raison de sa capacité à se diffuser à partir du tractus gastro-intestinal ailleurs dans cuerpo. Para este estudio, utilizaron un modelo de ratón de sobredosis de paracetamol, que causa daño hepático severo. Descubrieron que el gas administrado al tracto gastrointestinal inferior podía llegar al hígado y reducir significativamente la cantidad de inflamación y daño tisular que se observa allí.
En estos experimentos, los investigadores no encontraron efectos adversos tras la administración de monóxido de carbono. Estudios previos en humanos han demostrado que pequeñas cantidades de monóxido de carbono pueden inhalarse de manera segura. Un individuo sano tiene una concentración de monóxido de carbono de alrededor del 1 % en la sangre, y los estudios con voluntarios humanos han demostrado que se pueden tolerar niveles tan altos como el 14 % sin efectos adversos.
«Creemos que con la espuma utilizada en este estudio, ni siquiera nos estamos acercando a los niveles que nos preocuparían», dice Otterbein. «Lo que aprendimos de los ensayos de gas inhalado ha allanado el camino para decir que es seguro, siempre que sepa y pueda controlar la cantidad que administra, como cualquier medicamento. Es otro aspecto interesante de este enfoque: podemos controlar la dosis exacta.
Dans cette étude, les chercheurs ont également créé des gels contenant du monoxyde de carbone, ainsi que des solides remplis de gaz, en utilisant des techniques similaires à celles utilisées pour fabriquer les Pop Rocks, les bonbons durs qui contiennent des bulles de dioxyde de carbone bajo presión. Planean probarlos en estudios adicionales, además de desarrollar las espumas para posibles pruebas en pacientes humanos.
La investigación fue apoyada, en parte, por un Premio al Investigador Joven de la Fundación del Cáncer de Próstata, un Premio al Investigador Temprano del Programa de Cáncer de Próstata del Departamento de Defensa, una Beca de Hope Funds para la Investigación del Cáncer, la Asociación de Jugadores de la Liga Nacional de Fútbol Americano, el Departamento de Defensa y MIT. Departamento de Ingeniería Mecánica.