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Nanopartículas que liberan medicamentos y también atrapan toxinas

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Una sola nanoesponja (gran esfera en esta ilustración) puede atrapar toxinas producidas por una variedad de patógenos. Imagen: Science News
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El investigador Liangfang Zhang, de la Universidad de California, San Diego, y sus colegas crearon una nueva clase de nanopartículas, hechas de polímeros de carbono, capaces de deslizarse a través de los vasos sanguíneos sin desencadena runa reacción inmunológica. Si bien las respuestas inmunitarias son importantes para matar patógenos que causan enfermedades, las mismas reacciones son una molestia cuando eliminan las moléculas creadas para administrar medicamentos que salvan vidas.

Estas nanopartículas no son solo un sistema de administración de fármacos, sino que pueden ser reutilizadas para que actúen como “nanoesponjasque atrapan y eliminan las toxinas de la sangre.

En experimentos de laboratorio, las nanoesponjas trabajaron contra las toxinas liberadas por Escherichia coli y algunas de las bacterias más difíciles de combatir. Los investigadores informaron el año pasado que las nanoesponjas también retardaron la inflamación dañina en ratones con una forma de artritis reumatoide y desviaron el VIH y el Zika de las células que los virus normalmente infectan.

Las nanoesponjas, que aún no se han probado en personas, realizan su ‘limpieza’ debido a una idea poco convencional: las nanopartículas sintéticas están recubiertas con membranas de células vivas, lo que las ayuda a mezclarse. Y una sola nanoesponja puede erradicar una gran cantidad de partículas peligrosas sin saber mucho sobre ellos individualmente. Muchas toxinas que atacan los glóbulos rojos, por ejemplo, se adhieren a las nanopartículas que están recubiertas con fragmentos de esas células sanguíneas. El equipo de Zhang en UC San Diego y otros han creado un “creciente arsenal de nanoesponjas” envueltas en membranas de glóbulos rojos o blancos, cada uno de los cuales absorbe su propio conjunto de toxinas. Muchos laboratorios ahora están “construyendo sobre la plataforma que desarrolló el grupo de Zhang”.

Las nanopartículas son aproximadamente una tres milésimas del tamaño de los glóbulos rojos, pero cada pequeña partícula puede transportar miles de moléculas de fármacos. Para llevar el medicamento donde necesita ir, las nanopartículas deben esconderse del sistema inmunológico. Cuando las células inmunitarias se encuentran con un material extraño, incluso con material de tamaño nanométrico, las células intentan destruir al invasor y eliminarlo del cuerpo. Los investigadores de nanomedicina pensaron que habían encontrado una solución al recubrir sus partículas con un líquido claro y espeso llamado polietilenglicol o PEG. Las células inmunes “verían” las partículas como agua y no reaccionarían, dice Zhang.

Sin embargo, PEG no era ideal. Hace más de una década, los estudios de pacientes comenzaron a revelar que las partículas recubiertas con PEG pueden hacer que las personas produzcan anticuerpos éste, lo que puede desencadenar respuestas inmunes no deseadas. Entonces Zhang tuvo un destello de visión: “¿Qué tal si disfrazamos las partículas como si pertenecieran al cuerpo?”. Las partículas híbridas se propagan a través del cuerpo y permanecen intactas durante tres días.

El concepto de encubrir una partícula hecha por el hombre con trozos de membranas biológicas es impredecible, “era muy poco ortodoxo” en ese momento, recuerda Che-Ming Jack Hu, estudiante graduado en el laboratorio de Zhang que asumió el proyecto. Hoy, Hu dirige su propio laboratorio de nanotecnología en la Academia Sínica en la ciudad de Taipei, Taiwán.

Después de este descubrimiento, su enfoque tuvo un gran giro, en lugar de actuar como camuflaje para las nanopartículas, las membranas de los glóbulos rojos podrían estar en condiciones de atrapar toxinas. A las toxinas “les gusta hacer agujeros en los glóbulos rojos“, dice Hu. Sin embargo, si las toxinas persiguen a las nanopartículas, entonces estos  radicales “se atascan” sobre las membranas de las nanopartículas y ya no dañarían a las células.

La vacunación de ratones con nanopartículas de glóbulos rojos protegió a los animales de las toxinas producidas por el SARM (Staphylococcus aureus resistente a la meticilina) y mostró un potencial de protección contra las toxinas de E. coli, serpientes venenosas y abejas, informó el equipo de la UC San Diego en 2013 en Nature Nanotechnology.

En un estudio de ratones en 2017 en la revista PNAS, las partículas recubiertas de macrófagos atraparon y dejaron sin poder a algunas de las moléculas que impulsan la inflamación que conduce a la sepsis, una respuesta no controlada a la infección que mata a aproximadamente 6 millones de personas en todo el mundo cada año.

En septiembre pasado, el equipo informó en Nature Nanotechnology que las nanoesponjas de neutrófilos absorben las toxinas que causan la artritis reumatoide en ratones. Y en los experimentos con placas de laboratorio informaron en noviembre en Advanced Materials, que las nanoesponjas recubiertas con células T desviaron el VIH de las células T naturales, éstas son las células a las que típicamente ataca este virus y que eventualmente causa el SIDA.

Por ahora, Cellics Therapeutics, una empresa de biotecnología con sede en San Diego que Zhang cofundó en 2014, espera lanzar un estudio de pacientes con las nanoesponjas de glóbulos rojos. La sepsis y la neumonía encabezan la lista de una docena de condiciones que podrían ser objetivos para las nanoesponjas. Hoy, el grupo de Hu en Taiwan está tomando el concepto de nanoesponja en una nueva dirección.

La lista de nanoesponjas que se están probando en laboratorio y estudios con ratones está creciendo. Aquí hay algunos objetivos que están siendo explorados. El tipo de recubrimiento de la nanoesponja está entre paréntesis.

Infecciones bacterianas:

  • Sepsis (glóbulos rojos, macrófagos)
  • Neumonía (glóbulos rojos)
  • Infecciones de piel y tejidos blandos (glóbulos rojos)

Infecciones virales:

  • VIH (células T CD4)
  • Zika (célula huésped del mosquito)
  • Influenza (glóbulos rojos)

Enfermedades autoinmunes:

  • Enfermedad esofágica (neutrófilos)
  • Anemia hemolítica autoinmune (glóbulos rojos)
  • Púrpura Trombocitopénica Inmunitaria (plaquetas)

Fuente: ScienceNews

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