Nanomundo de la nanomedicina

La plata es un agente antimicrobiano tópico usado para ayudar a la cicatrización de heridas, y que se está investigando para tratar la dermatitis atópica. Hay muchos apósitos comerciales que presumen de contener plata nanocristalina y, por ello, que tienen actividad bactericida en un amplio espectro, pero actualmente se intuye que la plata es esencial para el organismo Staphylococcus aureus, que sería el verdadero responsable de la curación de la herida. Aunque también se están empezando a usar nanopartículas de plata para tratar enfermedades del tracto gastrointestinal con inflamación.

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Las nanopartículas de plata entrarían dentro de la clasificación de partículas nanoscópicas inorgánicas, frente a otras formulaciones basadas en el carbono (fullerenos y nanotubos de carbono), y los conjugados poliméricos, dendrímeros y liposomas u otras composiciones lipídicas. Las nanopartículas inorgánicas más habituales en nanomedicina son las de oro, plata, los óxidos de hierro, las nanopartículas de sílice, y los quantum dots.

Al final estos nanotransportadores son materiales nanométricos (diámetro 1-100 nm) que pueden llevar múltiples fármacos y/o agentes de imagen; y que se investigan para aplicaciones como drug delivery, imagen, ablación fototérmica de tumores, detección de apoptosis, etc.

Las nanopartículas de oro se conjugan con proteínas y pueden ser reconocidas por los receptores celulares, siendo una forma de cuantificar la endocitosis en zonas tumorales (por el efecto EPR). Además hay algunas de estas que además de acumularse en tumores, se pueden activar por medio de un láser NIR (infrarrojo cercano) y así permiten la fotoablación del tejido tumoral sin dañar apenas el tejido sano circundante.

Las nanopartículas de óxido de hierro (SPIONs) están formados por un núcleo con partículas magnéticas (suele ser magnetita, o Fe₃O₄) recubierta con polímeros como el dextrano; y se emplean como agentes de imagen en la resonancia magnética. Al igual que el oro, también se pueden usar para ablación de tumores.

La introducción de las nanopartículas en nanomedicina plantea varios retos: se sabe que la toxicidad de los elementos o compuestos cambia con el tamaño y la forma; y más o menos se cumple que las partículas más pequeñas suelen ser más bioactivas pero también puede aumentar su toxicidad.

Las técnicas de imagen clínica han avanzado dramáticamente con la introducción de las técnicas SPECT/CT y PET. Los isótopos son importantes herramientas para diagnóstico y para monitorizar la terapia en enfermedades neurodegenerativas, inflamación y cáncer. Con el desarrollo de la nanotecnología, se ha abierto un nuevo campo que se conoce como “theranostics” o teranóstica y que consiste en fundir el método de diagnóstico con el tratamiento administrando un único medicamento. El campo “theranostic” está creciendo espectacularmente con el desarrollo de sistemas de distribución como liposomas, micelas, dendrímeros, nanotubos de carbono, que se pueden combinar con agentes de imagen (oro, plata, óxido de hierro y quantum dots).

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Los nanocristales semiconductores conocidos como quantum dots (QD) son nanopartículas fluorescentes, que ofrecen ventajas espectrofluorimétricas sobre las tradicionales moléculas orgánicas. Los QD tienen características de fluorescencia, 1020 veces más brillantes que las tintas orgánicas convencionales y además tienen una mejor fotoestabilidad. Esto les convierte en potenciales agentes de imagen en aplicaciones de diagnóstico basadas en fluorescencia. La mayoría de los tipos de QD se preparan originalmente en disolventes orgánicos; así que son insolubles en medios acuosos y por tanto en medios biológicos. Se ha conseguido funcionalizar los QD con ligandos más polares, pero que también reducen la fluorescencia y fotoestabilidad. Así que se planteó como alternativa transportar el QD en el interior de liposomas.

Los liposomas son, a día de hoy, la mejor forma establecida clínicamente de sistemas a escala nanométrica que se han usado para distribuir fármacos citotóxicos y antifúngicos, genes, vacunas, y también agentes de imagen.

Las vesículas liposoma consisten en bicapas lipídicas únicas o múltiples concéntricas (llamadas lamelas) que encapsulan un compartimiento acuoso. La biocompatibilidad, biodegradabilidad, toxicidad reducida, y la capacidad de manipular su tamaño y superficie comprenden el perfil excepcional que ofrecen los liposomas en comparación con otros sistemas de distribución. Como inconvenientes, cabe señalar el alto coste de producción, oxidación rápida de algunos fosfolípidos, y la falta de propiedades de liberación controlada de los fármacos encapsulados.

Las vesículas lipídicas bicapa se usaron primero como mímesis y modelo de membranas biológicas. La demostración de sus propiedades de encapsulación, y la notable semejanza estructural entre liposomas y membranas celulares en micrografías electrónicas, llevan a la conclusión de que los lípidos forman parte de las barreras de permeabilidad de membranas biológicas. La flexibilidad en la manipulación de tamaño y de composición de las vesículas lipídicas ha permitido su uso como modelo de membranas de plasma, y después como modelo de células vivas y para entender muchos fenómenos fisiológicos, como la difusión a través de membranas y las respuestas a varios agentes farmacológicos. Además, la posibilidad de reconstruir proteínas en la membrana lipídica que han sido estudiadas para el diseño de biosensores y así detectar y estudiar la interacción entre pequeñas moléculas y ligandos con los receptores de membrana plasmática. Los liposomas sirven como “contenedores químicos”: recipientes de reacción a nanoescala. Las dimensiones ultra-pequeñas del volumen de reacción puede conducir a la mezcla difusional rápida permitiendo el estudio de la cinética química rápida.

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Y ya existen medicamentos comerciales de formulaciones liposómicas como el Doxil ® que contiene doxorubicina que es un potente anticancerígeno. Después de localizar el lugar del tumor a través del efecto EPR, la capa de fosfolípidos exteriores liberan un agente anti-angiogénico, y la nanopartícula polimérica interior libera un agente de quimioterapia en respuesta a la hipoxia local (escasez de oxígeno).

Esta entrada participa en el XXV Carnaval de la Química alojado en el blog “ISQCH – Moléculas a reacción

Bibliografía

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Davis, M., Chen, Z., & Shin, D. (2008). Nanoparticle therapeutics: an emerging treatment modality for cancer Nature Reviews Drug Discovery, 7 (9), 771-782 DOI: 10.1038/nrd2614