Nuevo sistema de administración de nanopartículas capaz de cruzar la barrera hematoencefálica

07/01/2021 ● Redacción / Science Advances

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

En un modelo de ratón con lesión cerebral traumática (TBI), observaron que el sistema de administración mostraba tres veces más acumulación de fármaco en el cerebro que con métodos de administración convencionales, mejorando igualmente la eficacia del fármaco, lo que podría abrir posibilidades para el tratamiento de numerosos trastornos neurológicos, según publican los investigadores 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 a los que se enfrentan los científicos para administrar terapias salvando la barrera hematoencefálica.

Los enfoques desarrollados previamente para administrar terapias en el cerebro después de una LCT se basan en aprovechar 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, a las 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 uno de los autores del estudio, Nitin Joshi, bioingeniero asociado en el Centro de nanomedicina en el departamento de anestesiología, perioperatorio y medicina del dolor de Brigham. "Nuestra solución consistió en encapsular agentes terapéuticos en nanopartículas biocompatibles con propiedades de superficie, diseñadas con precisión, que permitieran su transporte efectivo al cerebro, independientemente del estado de la BHE", añade.

Esta tecnología busca permitir al clínico tratar lesiones secundarias asociadas con la TBI, y que pueden conducir, de forma secundaria, a la aparición de Alzheimer, Parkinson y otras enfermedades neurodegenerativas que pueden desarrollarse durante los meses y años siguientes, una vez que la BHE se haya reparado.

"Poder administrar agentes a través de la BHE en ausencia de inflamación ha sido algo así como la búsqueda del Santo Grial en este campo, asegura Jeff Karp, coautor del artículo. Nuestro enfoque, radicalmente simple, es aplicable a muchos trastornos neurológicos donde se desea influir con la administración de agentes terapéuticos ".

Por su parte, Rebekah Mannix, de la División de medicina de emergencia del Boston Children's Hospital, subrayó el hecho de que la BHE inhibe la administración de agentes terapéuticos al sistema nervioso central (SNC) para una amplia gama de enfermedades agudas y crónicas. "Esta tecnología podría permitir la administración de una gran cantidad de fármacos, incluidos antibióticos, agentes antineoplásicos y neuropéptidos”, apunta, “lo que podría cambiar las reglas del juego para muchas enfermedades que se manifiestan en el terreno del SNC".

El tratamiento utilizado en este estudio fue una pequeña molécula de ARN de silenciamiento (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 FDA Norteamericana.

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. Este estudio condujo a la identificación de un tipo 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% en la expresión de Tau en ratones con TBI que recibieron ARNip anti-tau a través de este 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 vez que primera, 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 Wen Li, primer firmante del estudio.

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 queda mucho camino por recorrer, pero estos primeros resultados nos brindan un impulso significativo para avanzar hacia múltiples objetivos terapéuticos y estar en condiciones de avanzar en las pruebas con humanos". [Science Advances 01 Jan 2021: Vol. 7, no. 1, eabd6889 DOI: 10.1126/sciadv.abd6889] Wen Li, Jianhua Qiu, Xiang-Ling Li, Sezin Aday, Jingdong Zhang, Grace Conley, Jun Xu, John Joseph, Haoyue Lan, Robert Langer, Rebekah Mannix, Jeffrey M. Karp, Nitin Joshi.

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Palabras clave Administración de nanopartículas ARNip Barrera hematoencefálica Clasificado en Neurodegeneración - Traumatismos

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