Investigadores de VCU desarrollan un tratamiento asequible y no invasivo para el SDR en recién nacidos

Jul 22, 2023

28 de agosto de 2023

Por Leila Ugincius

Un equipo de la Virginia Commonwealth University está desarrollando un tratamiento asequible y no invasivo para el síndrome de dificultad respiratoria que puede administrarse sin necesidad de equipos médicos complejos, con el apoyo de una subvención de 3 millones de dólares de la Fundación Bill y Melinda Gates.

El SDR ocurre en recién nacidos que carecen de surfactantes naturales, materiales que reducen la tensión superficial del líquido, permitiendo que el dióxido de carbono y el oxígeno se intercambien fácilmente a medida que los pulmones se expanden y contraen, oxigenando la sangre y facilitando las funciones naturales del cuerpo. Aunque se puede tratar mediante terapia externa, el costo, la complejidad y el carácter invasivo del procedimiento actual lo hacen inaccesible para muchos de los que lo necesitan, especialmente los bebés de países de ingresos bajos y medianos.

Esta subvención está ayudando a Worth Longest, Ph.D., profesor académico excepcional Louis S. y Ruth S. Harris en el Departamento de Ingeniería Mecánica y Nuclear de la Facultad de Ingeniería, y a sus colegas a crear un surfactante que se puede aerosolizar y dispositivo para entregarlo.

Los tratamientos actuales del SDR implican la administración de sedación para la intubación y la instilación de surfactante líquido en los pulmones. En entornos donde la administración de surfactante está disponible, los médicos deben sopesar estas exposiciones de riesgo adicionales antes de tomar la decisión de administrar surfactante incluso cuando sea probable que sea beneficioso. Cuando se combina con la necesidad de equipos especializados que funcionen en un ambiente estéril y con temperatura controlada, el acceso a este tratamiento que salva vidas se vuelve inaccesible debido al costo, la disponibilidad de instalaciones adecuadas o ambos.

Esta necesidad llevó a Longest a asociarse con Michael Hindle, Ph.D., profesor distinguido Peter R. Byron en la Facultad de Farmacia de VCU, y Rob DiBlasi, investigador clínico destacado e investigador principal del Instituto de Investigación Infantil de Seattle, para buscar financiación de Gates. Foundation con el fin de desarrollar una formulación de fármaco en aerosol y un mecanismo de administración de un surfactante pulmonar sintético capaz de administrarse en cualquier lugar, con un equipo mínimo y a un costo razonable.

"Algunos médicos consideran que la administración de surfactante en aerosol es una necesidad obvia en la atención respiratoria neonatal", dijo Longest. "Se ha previsto durante muchos años, pero no se ha realizado debido a una serie de obstáculos".

Entre los desafíos está cómo administrar una dosis eficaz de la formulación en aerosol. Los inhaladores de polvo seco actuales requieren más aire para funcionar eficazmente del que se puede administrar a un bebé debido a su menor capacidad pulmonar. Estos inhaladores también están limitados a aproximadamente 1 miligramo de medicamento, significativamente menos de lo que se requiere para el tratamiento con surfactante.

Longest y Hindle utilizarán su experiencia en el diseño de sistemas de administración de aerosoles para diseñar un método de administración eficaz. Utilizando modelos de vías respiratorias superiores impresos en 3D, el equipo puede probar la eficacia de un mecanismo de dispersión para garantizar que la formulación en polvo seco llegue profundamente a los pulmones en la dosis alta requerida. Hindle dirige la formulación del medicamento en polvo seco utilizado por el mecanismo de administración del equipo. Implica utilizar un baño de energía sonora para mezclar una combinación de ingredientes antes de emplear una técnica de secado por aspersión para convertir el líquido en un polvo, que luego puede aerosolizarse.

Los inhaladores de polvo seco en línea desarrollados previamente por los laboratorios Longest y Hindle demuestran la capacidad de lograr una dispersión adecuada de la formulación en polvo con un volumen de aire bajo. Sus equipos recibieron una patente para esta tecnología en julio y están aplicando la misma estrategia a una formulación de surfactante que puede aerosolizarse.

"Debido a que estos mecanismos de administración están fuertemente vinculados a las formulaciones de medicamentos para las que están diseñados, es importante realizar este tipo de investigación de manera simultánea y iterativa", dijo Longest. "Mi laboratorio colabora diariamente con el laboratorio del Dr. Hindle para resolver este y otros problemas desafiantes en el campo de los aerosoles farmacéuticos".

Actualmente se está trabajando en el perfeccionamiento del mecanismo de entrega, seguido de la validación mediante dinámica de fluidos computacional y pruebas de laboratorio simultáneas para explorar diferentes alternativas de diseño. El objetivo es un producto de administración rápida en aerosol de alta eficiencia que pueda restaurar completamente los niveles de gases en sangre de un bebé y administrarse como terapia independiente en menos de un minuto, o simultáneamente durante la terapia de presión positiva continua nasal en las vías respiratorias, o CPAP.

El equipo también empleará modelos únicos de vías respiratorias impresos en 3D que replican la anatomía de bebés prematuros con el objetivo de ampliar el rango de edad de tratamiento y preparación para la producción comercial. Simultáneamente con esta investigación se desarrollará un sistema de secado por aspersión más grande para producir la fórmula del tensioactivo en polvo seco. Los dispositivos, la estrategia y la formulación propuestos también se basan en trabajos anteriores y en curso de Longest y Hindle financiados por los Institutos Nacionales de Salud.

"Aunque tenemos una base sólida para lo que queremos lograr, queda mucho trabajo por hacer", dijo Longest. "Este es un proyecto de varios años que implicará la colaboración entre varios equipos con un enfoque en el desarrollo de tratamientos accesibles para poblaciones de bajos recursos, que contará con el apoyo de subvenciones de la Fundación Gates".

Entre los investigadores que trabajan con Longest se encuentran Dale Farkas y Sarah Strickler, dos ex estudiantes universitarios de VCU que regresaron a VCU como parte del doctorado en ingeniería mecánica y nuclear. programa. Trabajar con un grupo establecido de investigadores de aerosoles también es lo que llevó a Longest a VCU.

"Como ingeniero, quiero utilizar mi formación para tener un impacto positivo en la vida de las personas", dijo Longest. “Muchos elementos de mi conjunto de habilidades se alinean bien con el tratamiento de enfermedades respiratorias, y llegué a VCU hace casi 20 años gracias a la oportunidad de trabajar con el Grupo de Aerosoles de la Facultad de Farmacia, incluidos los Dres. Hindle y Peter Bryon, que ahora está jubilado, además de la oportunidad de ser parte de un programa de ingeniería joven y en crecimiento”.

Longest ahora forma parte de una colaboración sólida y establecida entre la Facultad de Ingeniería y la Facultad de Farmacia de VCU. La investigación fundamental realizada por su Laboratorio de Aerosoles en Medicina permite rediseñar los tratamientos existentes para nuevos desafíos, como el desarrollo de productos para el tratamiento de bebés prematuros con SDR en poblaciones de bajos recursos.

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