Transportar fármacos al cerebro

 El escenario es una pequeñísima partícula que se introduce en una célula maligna y la hace desaparecer en nanosegundos, sus vecinas, las células saludables, ni se dan cuenta.

Los sueños humanos y la imaginación dan origen, a menudo, a ciencia y tecnologías revolucionarias. La nanotecnología, en la vanguardia del siglo XXI, nació de uno de estos sueños.

Se la define como el conocimiento y control de la materia en dimensiones que van de 1 a 100 nanómetros  (1 nanómetro es la millonésima parte de un milímetro y su símbolo es nm). Para ubicarnos en la dimensión, el átomo más pequeño es el de hidrógeno, que solo tiene 0,24 nm y un cabello mide alrededor de 100 mil nanómetros de espesor. El desarrollo de la nanotecnología abrió un abanico de nuevas e increíbles aplicaciones.

Un poco de historia

Aunque Richard Zsigmondy (Nobel de Química, 1925) fue quien introduce el término nanómetro para caracterizar el tamaño de una partícula, fue el cerebro de Richard Feynman (Nobel de Física, 1965) el que sueña, imagina y lanza el concepto de diseño e ingeniería a escala atómica en una famosa  conferencia que tituló: ‘‘There’s Plenty of Room at the Bottom’’ (Hay mucho espacio al fondo).

Con sus conceptos aún vigentes se inicia, en los 80’, la era de oro de la nanotecnología con Kroto, Smalley y Curl descubriendo los fullerenos (Nobel de Química, 1996) y con Eric Drexler quien la popularizó con su libro Máquinas de Creación (1986). Drexler, ingeniero del  Massachusetts Institute of Technology (MIT) y fanático de la nanotecnología molecular, considera que los componentes celulares son la puerta de entrada para el desarrollo de máquinas moleculares avanzadas con capacidad para manipular la materia con precisión atómica.

Al comienzo del siglo XXI el interés por los campos emergentes de la nanotecnología y la nanociencia aumentó en  forma exponencial y, quienes sabíamos poco o nada de nanos, comenzamos a familiarizarnos con esta nueva rama del saber basada en el control del tamaño de los objetos.

Como disciplina científica tiene una característica que la hace particular: su interdisciplinariedad. Por eso tantas  expectativas, ya que uno de sus principales logros es haber puesto a pensar juntos a  químicos, bioquímicos, médicos, físicos, ingenieros y otros expertos. Hoy en día es la base de desarrollos tecnológicos en ámbitos tan diversos como la electrónica, las comunicaciones, la energía, la alimentación, el diseño de materiales y la salud.

Nanotecnología en las ciencias de la salud

Como una rama de la nanotecnología la nanomedicina se perfila como la de mayor proyección en el futuro más próximo debido a sus potenciales aplicaciones diagnósticas y terapéuticas. Una de las áreas más beneficiadas es el tratamiento de ciertos tipos de cáncer. Su detección temprana, un  tratamiento  personalizado  y  el  seguimiento  preciso de su evolución son sus herramientas, algunas ya en uso y otras en desarrollo.

De que se trata

Se trata de funcionalizar las nanopartículas con determinadas biomoléculas para poder detectar un determinado marcador del tumor. En el caso de tumores sólidos, los marcadores tumorales son proteínas específicas ancladas en las células del tejido maligno, de modo que, una vez inyectada en sangre la pequeña nanoestructura se dirija sólo hacia la región del organismo en la que se está desarrollando el proceso canceroso.

Realizar este tipo de estudios y trasladarlos a la clínica implica un durísimo trabajo. Como ejemplo, investigadores de la Charité  University Medical Center (Berlin) que utilizan desde hace algunos años NanoCancer, una nanoterapia para el tratamiento de tumores sólidos. Tuvieron que esperar dos décadas de intenso trabajo experimental de la empresa que lo desarrolló (MagForce Nanotechnologies AG) para que la Agencia Reguladora Europea apruebe su uso.

Pequeñas bombas

El elemento principal del tratamiento alemán son nanopartículas de óxido de hierro cubiertas por un revestimiento que asegura estabilidad y dispersión en el tejido tumoral. Con un diámetro de solo 20 nm (500 veces más pequeño que un glóbulo rojo) se las está utilizando para el tratamiento de un tipo particular de tumor cerebral, el glioblastoma.

El tratamiento no es por sangre, las nanoparticulas se inyectan en el área del cerebro donde está ubicado el tumor. Diseñadas para que se dispersen con cierta facilidad en los espacios que rodean a las células cancerosas, al aplicar un campo magnético alternante de alta frecuencia, se genera un calentamiento local de la zona tumoral  causado por la vibración de las nanoparticulas que destruye las células cancerosas.

Una vuelta de tuerca

En un pequeño laboratorio del sur de California, Dmitri Lapotko usa laser en lugar de un campo magnético. Con esto produce explosiones bajo demanda en una escala casi infinitamente pequeña. Estas explosiones son cuidadosamente diseñadas para borrar solo las células cancerosas con un nivel de eficiencia y seguridad que supera con creces los tratamientos actuales de elección. Al introducir las nanopartículas, en este caso de oro, en las células cancerosas, un pulso láser breve que las nanopartículas convierten en calor, forma una burbuja de vapor que se expande y colapsa en nanosegundos. La célula maligna explota en un instante. Esta tecnología, a diferencia de la anterior, debe aún someterse a ensayos clínicos bajo  las regulaciones de la agencia del gobierno de EEUU (FDA).

Un vehículo inteligente de administración de drogas

Probablemente una de las aplicaciones más extendidas en el campo de la terapia, sea el uso de nanopartículas como vehículos transportadores para la liberación controlada de fármacos. Conocida como nanoterapia pretende que el tratamiento sea más efectivo y con menos  efectos secundarios. Intenta dirigir nanosistemas activos, que contengan  elementos  de  reconocimiento,  para transportar  y  liberar  medicamentos exclusivamente en las células cancerosas. La encapsulación de determinados fármacos en sistemas nanométricos mejora en muchos casos la estabilidad, solubilidad y biodistribución del mismo y dirige el fármaco hasta el órgano donde se quiere actuar de una manera más efectiva y segura.

En el caso de tumores cerebrales, para que una nanopartícula traslade con éxito su cargamento no debe liberar la droga en su trayecto al cerebro y se debe acumular de forma eficiente en el área del tumor. De este modo podrá entregar  la droga en el microambiente del  tejido enfermo o incorporarla dentro de la célula maligna.

La principal limitación para el ingreso de drogas al cerebro es la barrera hematoencefálica, una estructura histológica y funcional, formada por células especializadas cuya función es proteger al sistema nervioso central impidiendo el contacto entre la mayoría de las sustancias del torrente sanguíneo y las células cerebrales.

Una manera de facilitar la entrada y entrega de fármacos al  cerebro es decorando la superficie de las nanopartículas con polietilenglicol, un polímero inerte muy utilizado en la industria medicinal. Con este adorno químico se logra mejorar la penetración al cerebro porque evita que estas partículas, extrañas para el organismo, sean atacadas por el sistema inmunológico del huésped. Sin embargo, los beneficios terapéuticos no han sido óptimos y fue  necesario poner a prueba la creatividad para incorporar variables que mejoren la actividad biológica.

La química en acción

Un grupo de investigadores del Departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Yale pensaron que si cambiaban las propiedades químicas de la superficie de las nanoparticulas podrían modificar su capacidad para incorporarse a las células. Así fue como modificando la estructura química de la superficie de las nanoparticulas lograron diseñar diferentes vestidos químicos y  estudiar su efectividad en células tumorales.

Los resultados son alentadores. Comprobaron que ajustando las propiedades químicas  de las nanoparticulas mejoran la entrega de un fármaco específico a las células tumorales. Consiguieron perfeccionar las nanoparticulas hasta convertirlas en balas inteligentes para cada molécula terapéutica específica y personalizaron la estrategia terapéutica ya que con sus nuevos vestidos atacan a las células malignas  y dejan fuera de su alcance a las células sanas. Más aun, resultaron ser efectivas para el tratamiento de glioblastomas en fase experimental, aunque falta un largo camino para su uso en la clínica.

Avances y retrocesos

A pesar de estos y otros avances de la nanoterapia, no se ha visto contrastada su total potencialidad en la clínica. Hay múltiples barreras para que el tratamiento de tumores cerebrales sea totalmente efectivo. En este tipo de tumores tan agresivos, una de estas barreras es la complejidad y capacidad de las células tumorales para crear mecanismos que les permiten sobrevivir y expandirse.

La nanomedicina tiene un gran potencial que debe ser explorado con responsabilidad para utilizar sus beneficios mientras se minimizan los riesgos para la salud humana. Se requiere del conocimiento y de la creatividad de quienes trabajan en ello día a día. A esto debemos agregar el costo tremendo, tanto en recursos humanos como económicos, que demanda la transferencia de nuevas tecnologías a la clínica en humanos.

Pero hay que insistir y tratar de vencer estas barreras, tan difíciles como las que encuentran las nanopartículas en el organismo.

Argentina y nanomedicina

La Sociedad Argentina de Nanomedicinas, Nanomed-ar, es una organización civil sin fines de lucro,  abierta a todos los profesionales y actores de los diversos campos del conocimiento que hacen a la Nanomedicina, como la química, la bioquímica, la física, la ingeniería, la farmacia, la biología, la biotecnología y la medicina.  En su pagina web se pueden encontrar los nombres de investigadores del área que ofrecen asesoramiento sobre tópicos  relacionados con la nanomedicina.

La imagen es una representación de nanopartículas dirigidas a  tumores activos a través de moléculas pequeñas (azules) que pueden unirse a las proteínas de la superficie de las células cancerosas o en los vasos sanguíneos que alimentan los tumores. Las partículas de polímero (gris) encapsulan fármacos contra el cáncer (rojo).

Crédito: Gaël McGill / Digizyme