Desarrollan un sistema de administración de fármacos de nanopartículas para tratar trastornos cerebrales

EP | 04/01/2021

Ilustración del cerebro - AMERICAN HEART ASSOCIATION

Un equipo de bioingenieros, médicos y colaboradores del Brigham and Women's Hospital y el Boston Children's Hospital han creado una plataforma de nanopartículas para facilitar la administración exitosa de agentes terapéuticos al cerebro que puede facilitar la administración terapéuticamente efectiva de agentes encapsulados en ratones con una ruptura física o la barrera hematoencefálica (BHE) intacta.

En un modelo de ratón de lesión cerebral traumática (TBI), observaron que el sistema de administración mostraba tres veces más acumulación en el cerebro que los métodos de administración convencionales y también era terapéuticamente eficaz, lo que podría abrir posibilidades para el tratamiento de numerosos trastornos neurológicos, según publican en la revista 'Science Avances'.

En las últimas décadas, los investigadores han identificado vías biológicas que conducen a enfermedades neurodegenerativas y han desarrollado agentes moleculares prometedores para atacarlas. Sin embargo, la traducción de estos hallazgos en tratamientos clínicamente aprobados ha progresado a un ritmo mucho más lento, en parte debido a los desafíos que enfrentan los científicos para administrar terapias a través de la barrera hematoencefálica y hacia el cerebro.

Los enfoques desarrollados previamente para administrar terapias en el cerebro después de una LCT se basan en el corto período de tiempo después de una lesión física en la cabeza, cuando la BHE se rompe temporalmente. Sin embargo, después de que se repara la BHE en unas pocas semanas, los médicos carecen de herramientas para la administración eficaz de medicamentos.

"Es muy difícil administrar agentes terapéuticos de moléculas grandes y pequeñas a través de la BHE", señala el autor correspondiente Nitin Joshi, bioingeniero asociado en el Centro de Nanomedicina en el Departamento de Anestesiología, Perioperatorio y Medicina del Dolor de Brigham.

"Nuestra solución fue encapsular agentes terapéuticos en nanopartículas biocompatibles con propiedades de superficie diseñadas con precisión que permitirían su transporte terapéuticamente efectivo al cerebro, independientemente del estado de la BHE", añade.

La tecnología podría permitir a los médicos tratar lesiones secundarias asociadas con TBI que pueden conducir a Alzheimer, Parkinson y otras enfermedades neurodegenerativas, que pueden desarrollarse durante los meses y años siguientes una vez que la BHE haya sanado.

"Poder administrar agentes a través de la BHE en ausencia de inflamación ha sido algo así como un santo grial en el campo --asegura el coautor principal Jeff Karp, del Departamento de Anestesiología, Perioperatorio y Medicina del Dolor de Brigham--. Nuestro enfoque radicalmente simple es aplicable a muchos trastornos neurológicos donde se desea la administración de agentes terapéuticos al cerebro".

Rebekah Mannix, de la División de Medicina de Emergencia del Boston Children's Hospital y coautora principal del estudio, enfatizó además que la BHE inhibe la administración de agentes terapéuticos al sistema nervioso central (SNC) para una amplia gama de enfermedades agudas y crónicas.

"La tecnología desarrollada para esta publicación podría permitir la administración de una gran cantidad de medicamentos diversos, incluidos antibióticos, agentes antineoplásicos y neuropéptidos --apunta--. Esto podría cambiar las reglas del juego para muchas enfermedades que se manifiestan en el SNC".

El tratamiento utilizado en este estudio fue una pequeña molécula de ARN interferente (ARNip) diseñada para inhibir la expresión de la proteína tau, que se cree que juega un papel clave en la neurodegeneración. Como material base para las nanopartículas se utilizó el ácido poli(láctico-co-glicólico), o PLGA, un polímero biodegradable y biocompatible utilizado en varios productos existentes aprobados por la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos.

Los investigadores diseñaron y estudiaron sistemáticamente las propiedades de la superficie de las nanopartículas para maximizar su penetración a través de la BHE intacta y sin daños en ratones sanos. Esto condujo a la identificación de un diseño de nanopartículas único que maximizó el transporte del ARNip encapsulado a través de la BHE intacta y mejoró significativamente la captación por las células cerebrales.

Se observó una reducción del 50 por ciento en la expresión de tau en ratones con TBI que recibieron ARNip anti-tau a través del novedoso sistema de administración, independientemente de que la formulación se infundiera dentro o fuera de la ventana temporal de BHE rota. Por el contrario, tau no se vio afectada en ratones que recibieron el ARNip a través de un sistema de administración convencional.

"Además de demostrar la utilidad de esta nueva plataforma para la administración de fármacos en el cerebro, este informe establece por primera vez que se puede aprovechar la modulación sistemática de la química de la superficie y la densidad del recubrimiento para ajustar la penetración de nanopartículas a través de barreras biológicas con uniones estrechas", señala el primer autor Wen Li, del Departamento de Anestesiología, Medicina Perioperatoria y del Dolor.

Además de apuntar a tau, los investigadores tienen estudios en curso para atacar objetivos alternativos utilizando la nueva plataforma de entrega.

"Para la traducción clínica, queremos mirar más allá de tau para validar que nuestro sistema es compatible con otros objetivos --explica Karp--. Usamos el modelo de TBI para explorar y desarrollar esta tecnología, pero esencialmente cualquier persona que estudie un trastorno neurológico puede encontrar este trabajo beneficioso. Ciertamente tenemos mucho trabajo, pero creo que esto nos brinda un impulso significativo para avanzar hacia múltiples objetivos terapéuticos y estar en condiciones de avanzar hacia las pruebas en humanos".

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