Los bioingenieros de la RUDN han creado nanocontenedores para la administración selectiva de medicamentos

Uno de los principales problemas de los productos farmacéuticos son los efectos secundarios, que a menudo surgen debido al hecho de que la sustancia activa de las drogas ingresa a los órganos sanos. Es por eso que, por ejemplo, la quimioterapia es tan difícil para los pacientes para tratar el cáncer: los medicamentos tóxicos actúan no solo en las células tumorales, sino también en todo el cuerpo. Los sistemas de entrega de medicamentos dirigidos pueden resolver este problema. En los últimos años, se han propuesto muchos ´portadores´ potenciales: microcápsulas con una cubierta de polielectrolitos, liposomas artificiales de micro y nanoesferas, nanopartículas de proteínas. Varias docenas de medicamentos empacados en dichos contenedores ya se usan en la práctica o se encuentran en ensayos clínicos.

Sin embargo, persisten varios problemas que impiden el uso generalizado de los medios inteligentes. Uno de ellos es la dependencia de la biodistribución de drogas en los tejidos del tamaño de los contenedores. Cuanto más pequeño es el tamaño, mayor es la probabilidad de que el medicamento llegue a un órgano enfermo, y cuanto menos se necesita la dosis del medicamento y menos es el efecto tóxico. Otro problema es la falta de información sobre toxicidad, efectos en el cuerpo y distribución en los tejidos vivos. Ambos problemas fueron resueltos con éxito por bioquímicos de la RUDN en colaboración con colegas de Rusia y el Reino Unido.

Olga Sindeeva, investigadora del Laboratorio de Ingeniería de Superficies de la Universidad RUDN, y sus coautores crearon contenedores submicrónicos sensibles al magnetismo: partículas de 400-600 nanómetros de tamaño con un caparazón de varias capas de albúmina de suero bovino (ASB) con una etiqueta fluorescente Cy7 ™ y ácido tánico (tannic acid, TA).

La novedad del trabajo radica en el método de producción de recipientes en los que las nanopartículas de magnetita (nanopartículas de magnetita, MNP), óxido de hierro mixto (II, III) se adsorbieron primero en la superficie de gránulos porosos de carbonato de calcio, que luego se recubrieron secuencialmente con varias capas de BSA-Cy7 y TA. Luego se lavó el carbonato de calcio de los recipientes con una solución acuosa con un agente quelante.

´Utilizando este método, fue posible duplicar el contenido de magnetita en recipientes en comparación con el obtenido por adsorción y coprecipitación. Por lo tanto, es posible aumentar el momento magnético de los nanocontenedores y aumentar la velocidad de su movimiento en el sistema circulatorio´, - explicó Olga Sindeeva.

Los bioingenieros de la RUDN esperan que el tamaño submicrónico de los contenedores aumente la biodisponibilidad del medicamento, que se carga en el contenedor de MNP (BSA-Cy7-TA).

Experimentos preliminares en dos líneas celulares, HeLa y fibroblastos, mostraron que los contenedores no afectaban la viabilidad celular y podían usarse in vivo.

Luego, se analizaron contenedores libres de drogas en ratones vivos de la línea BALB / c de ambos sexos, con un peso de aproximadamente 20 gramos, 10 animales en un grupo. Se inyectaron contenedores de suspensión en solución salina en la vena de la cola de ratones anestesiados. Se usó una suspensión de recipientes libres de magnetita (BSA-Cy7-TA) como control. Luego, una de las patas traseras de los ratones se expuso a un campo magnético durante una hora, y la otra se dejó libre para comparar. La distribución de nanocontenedores en los tejidos de ratones vivos se controló mediante resonancia magnética (IRM) e imágenes de fluorescencia. También se realizó un análisis magnetométrico y un examen histológico del tejido de ratón post mortem una hora después de la extracción del imán.

Los biólogos de la RUDN han demostrado que en los vasos periféricos de las extremidades posteriores en reposo, a una velocidad de flujo sanguíneo baja, las partículas de MNP (BSA-Cy7-TA) en la primera hora después de la inyección intravenosa se mueven en la dirección de la extremidad a la que está unido el imán. Usando el método de MRI, se demostró que la concentración de magnetita en el músculo cerca del imán pasa a través de un máximo. El contenido de magnetita en este momento es 70 por ciento más alto que en la extremidad libre. Entonces la señal de magnetita cae a valores de fondo.

Según los resultados de los estudios histológicos y la magnetometría, los desarrolladores de contenedores descubrieron que los MNP (BSA-Cy7-TA) se concentraban principalmente en los pulmones y, en menor medida, en el hígado y el bazo, y su concentración en los pulmones era 4-5 veces mayor. También se encontró una pequeña cantidad del portador en otros órganos y músculos internos, pero a una concentración significativamente menor que en los pulmones. Por lo tanto, los bioquímicos concluyeron que la distribución de los contenedores administrados por vía intravenosa depende del suministro de sangre a los órganos, es decir, de la velocidad del flujo sanguíneo, pero es sensible a la localización del campo magnético.

Se prestó especial atención al estudio de la toxicidad de los envases durante la administración intravenosa y sus efectos en el cuerpo. Las pruebas preliminares mostraron que in vitro en plasma o sangre, una parte significativa de los contenedores sufre destrucción durante el día. Los resultados de los estudios sugieren que los envases logran alcanzar el objetivo con la administración intravenosa. Luego, al cambiar la señal de fluorescencia, se puede ver que las partículas transportadoras se degradan gradualmente y se excretan del cuerpo. Las partículas no son tóxicas y son hemocompatibles, su tamaño les permite penetrar en varios tejidos del cuerpo, pero en dosis de trabajo no dañan el sistema respiratorio y circulatorio, los riñones y el hígado. La activación del sistema del complemento, necesaria para la biodegradación de la cubierta proteica de los envases, no afecta el nivel de leucocitos y, por lo tanto, no conduce a una inflamación sistemática notable.

Por lo tanto, los investigadores de la RUDN pudieron obtener recipientes con un alto contenido de magnetita y gestionar eficazmente su distribución en el cuerpo utilizando un campo magnético.

En el futuro, los participantes del proyecto pretenden crear nanocápsulas ´inteligentes´ que puedan administrar el medicamento al órgano enfermo y solo allí ´abrirse´ para liberar el principio activo. Este método de administración de medicamentos ayudaría a evitar los efectos secundarios del tratamiento. Además, el problema de tratar a pacientes con un ´ramo´ de enfermedades, así como a niños o personas mayores con mala salud, cuando el médico tratante se ve obligado a negarse a recetar la terapia necesaria debido al riesgo de empeorar la condición del paciente, puede abordarse en gran medida.

Los resultados del estudio en la revista Polymers