Nanotecnología para tratar trastornos cerebrales

Estas nuevas nanopartículas son capaces de administrar fármacos atravesando la barrera hematoencefálica, uno de los mayores impedimentos en el tratamiento de algunas enfermedades neurológicas

Entrega de medicamentos dentro de nanopartículas de polímero. Representación artística

Entrega de medicamentos dentro de nanopartículas de polímero. Representación artística

Foto: iStock

En las últimas décadas, los investigadores han identificado tanto las vías biológicas que conducen al desarrollo de varias enfermedades neurodegenerativas, como algunos agentes moleculares prometedores para ponerles remedio. Sin embargo, la traducción de estos hallazgos en tratamientos clínicamente probados 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 -BHE- un sistema de protección que sirve para controlar y restringir el paso de sustancias tóxicas entre la circulación sanguínea y el fluido cerebral.

Nuestro cerebro, y por extensión todo nuestro sistema nervioso central, es el órgano más importante de nuestro cuerpo, y por ello está fuertemente protegido por el cráneo, la espina dorsal, además de por 3 membranas conocidas como meninges. La barrera hematoencefálica, por su parte, es una pequeña capa de células que recubren los vasos sanguíneos del cerebro, cuya gran impermeabilidad evita intercambio de sustancias entre el cerebro y la sangre. Sin embargo, esta cualidad, más allá de proteger a nuestro órgano director de sustancias indeseadas, virus o bacterias, presenta del mismo modo un impedimento para aquellas moléculas que podrían tener un efecto beneficioso y terapéutico.

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Ahora, para salvar este escollo, un equipo de bioingenieros, médicos y colaboradores del Hospital de la Mujer de Brigham y el Hospital Infantil de Boston, han diseñado una plataforma de nanopartículas que puede facilitar la administración efectiva de fármacos encapsulados en su interior sin dañar la BHE. Los resultados del hallazgo, ya testado en ratones, se publican esta semana en la revista Science Advances en un artículo titulado "BBB pathophysiology independent delivery of siRNA in traumatic brain injury".

Así, en los experimentos realizados, los investigadores demostraron en ratones con lesiones cerebrales traumáticas, que su sistema era susceptible de proporcionar los fármacos necesarios con una mayor eficacia y con hasta 3 veces más acumulación de estos en el cerebro de los ratones estudiados; una nueva aplicación de la nanotecnología que podría abrir el camino a un modo inédito de tratar numerosos trastornos neurológicos.

Una brecha en la barrera

Hasta el momento, las terapias para el tratamiento tras una lesión cerebral traumática se fundamentaban en aprovechar el breve período de tiempo después de una lesión física en el cual se rompe temporalmente la barrera hematoencefálica. Sin embargo, una vez la BHE queda reparada por el propio organismo tras unas pocas semanas, los médicos carecían de las herramientas necesarias para la administración eficaz de medicamentos.

"Poder administrar agentes a través de la BHE en ausencia de inflamación ha sido algo así como un santo grial en nuestro campo"

"Es muy difícil que agentes terapéuticos, tanto moléculas pequeñas como grandes, consigan atravesar la BHE", explica Nitin Joshi, bioingeniero el Departamento de Anestesiología, Perioperatorio y Medicina del Dolor en el Centro de Nanomedicina del Hospital de Brigham. "Nuestra solución fue encapsular agentes terapéuticos en nanopartículas biocompatibles con propiedades que permitieran su transporte terapéutico efectivo al cerebro, independientemente del estado de la BHE", añade. Se trata de una tecnología que podría permitir a los médicos tratar lesiones secundarias asociadas con traumas cerebrales que pueden conducir al desarrollo Alzheimer, Parkinson y otras enfermedades neurodegenerativas, las cuales pueden desarrollarse durante los meses y años posteriores a la sanación de la barrera hematoencefálica.

"Poder administrar agentes a través de la BHE en ausencia de inflamación ha sido algo así como un santo grial en nuestro campo", comenta el autor principal del estudio, Jeff Karp,del Departamento de Anestesiología, Perioperatorio y Medicina del Dolor de la institución de Brigham. "Nuestro enfoque, radicalmente simple, es aplicable a muchos trastornos neurológicos cuyo tratamiento depende la administración de agentes terapéuticos directamente al cerebro", añade.

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Por su parte, Rebekah Mannix, de la División de Medicina de Emergencias del Hospital Infantil de Boston y también coautora del estudio, enfatiza, además, que "la BHE inhibe la administración de agentes terapéuticos al sistema nervioso central para una amplia gama de enfermedades agudas y crónicas, pero que la tecnología desarrollada podría permitir la administración de una gran cantidad de medicamentos diversos, incluidos antibióticos, agentes antineoplásicos y neuropéptidos, lo que podría cambiar las reglas del juego para muchas enfermedades que se manifiestan en el sistema nervioso central".

Fármacos polizones

Concretamente, el tratamiento utilizado en este estudio fue una pequeña molécula del llamado ARN de interferencia -ARNip- diseñada para inhibir la expresión de la proteína tau, la cual se cree que juega un papel clave en la neurodegeneración. El ARN de interferencia es un tipo especial de ARN de doble cadena entre cuyas funciones se encuentra la de evitar - o silenciar, en el argot de la genética- la expresión de ciertos genes.

"Nuestro enfoque, radicalmente simple, es aplicable a muchos trastornos neurológicos cuyo tratamiento depende la administración de agentes terapéuticos directamente al cerebro"

Para hacer llegar este ARNip hasta el cerebro de los ratones, los científicos se valieron de un polímero biodegradable y biocompatible, el ácido láctico-co-glicólico, -PGLA por sus siglas en inglés y también conocido como Poli- como material de base para sus nanopartículas. Tras el estudio de sus propiedades de superficie los investigadores diseñaron las nanopartículas para maximizar su penetración a través de la BHE intacta y sin daños en ratones sanos. Esto llevó 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.

Tras el tratamiento, los científicos observaron una reducción del 50% en la expresión de tau -recordemos, responsables de la neurodegeneración- en los ratones con que recibieron ARNip anti-tau a través del novedoso sistema de administración, independientemente de que esta se administrara dentro o fuera de la ventana temporal que ofrecía la rotura de la barrera hematoencefálica. Por el contrario, tau no se vio afectada en ratones que recibieron el ARNip a través de un sistema de administración convencional.

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Pero eso no esto todo. "Además de demostrar la utilidad de esta nueva vía de administración de fármacos al cerebro, el informe establece por primera vez que se puede modular la química, superficie y densidad del recubrimiento para ajustar la penetración de estas nanopartículas a través de barreras biológicas con uniones estrechas", comenta la autora principal del artículo Wen Li, del Departamento de Anestesiología, Medicina Perioperatoria y del Dolor del Hospital de Bringham.

También, más allá de apuntar a la proteína tau, los investigadores se encuentran en el curso de una investigación para abarcar otros objetivos alternativos utilizando esta nueva tecnología. "Para la traducción clínica de nuestro estudio, queremos mirar más allá de tau para validar que nuestro sistema es compatible con otros objetivos", explica Karp. "Empleamos un modelo basado en las lesiones cerebrales para explorar y desarrollar esta tecnología, pero esencialmente cualquier persona que estudie un trastorno neurológico podría encontrar interesante este trabajo y sus aplicaciones. Ciertamente todavía tenemos mucho por hacer, pero creo que esto nos brinda un impulso significativo para avanzar hacia múltiples objetivos terapéuticos y en buenas condiciones para avanzar hacia las pruebas en humanos"., concluye.