La química de la UCLA, Heather Maynard, tuvo que preguntarse:¿cómo lo hacen organismos como los tardígrados?

Este animal microscópico fornido, también conocido como oso de agua, puede sobrevivir en entornos donde la supervivencia parece imposible. Se ha demostrado que los tardígrados soportan extremos de calor, frío y presión, e incluso el vacío del espacio, al entrar en un estado de animación suspendida y revitalizarse, a veces décadas después, en condiciones más hospitalarias.

Maynard consideró que si pudiera comprender el mecanismo detrás de esta conservación extraordinaria, podría usar el conocimiento para mejorar los medicamentos para que sigan siendo potentes por más tiempo y sean menos vulnerables a los desafíos ambientales típicos, lo que en última instancia ampliará el acceso y beneficiará la salud humana.

Resulta que uno de los procesos que protegen a los tardígrados es estimulado por una molécula de azúcar llamada trehalosa, que se encuentra comúnmente en los seres vivos, desde plantas hasta microbios e insectos, algunos de los cuales la usan como azúcar en la sangre. Para algunos organismos selectos, como el oso de agua y la planta de la resurrección puntiaguda, que pueden revivir después de años de metabolismo casi nulo y deshidratación completa, el poder estabilizador de la trehalosa es el secreto de su fortaleza sobrenatural.

Armado con esta idea, Maynard, profesor de química y bioquímica que ocupa la Cátedra Dr. Myung Ki Hong en Ciencias de Polímeros de la UCLA, inventó un polímero basado en el azúcar. Su polímero, llamado poli(metacrilato de trehalosa), o pTrMA, en realidad parece mejorar la capacidad de la naturaleza para hacer que los medicamentos sean más resistentes a los estragos del tiempo y la temperatura.

"Pensamos que si la trehalosa podía estabilizar organismos completos, eso lo convierte en un estabilizador bastante bueno", dijo Maynard, quien también es director asociado de tecnología y desarrollo en el Instituto de Nanosistemas de California en la UCLA. "Sin embargo, no se esperaba que nuestro polímero superara a la trehalosa".

Con el apoyo y la orientación del Fondo de Innovación de UCLA, un programa diseñado para facilitar la comercialización de terapias propiedad de UCLA y otras tecnologías relacionadas con la salud, Maynard y su equipo optaron por investigar los efectos de pTrMA en la insulina, una "medicina esencial" de la Organización Mundial de la Salud que muchas personas con diabetes se inyectan diariamente para controlar la enfermedad.

Cuando se exponen al calor o se agitan demasiado, las proteínas de la insulina pueden aglutinarse de manera que las agujas se atascan, hacer que el medicamento sea menos efectivo o incluso provocar una reacción dañina de las defensas naturales del cuerpo. Como resultado, la insulina debe manipularse con cuidado y transportarse en compartimentos refrigerados.

En consecuencia, la insulina que permanece estable durante más tiempo sin refrigeración podría reducir el costo del medicamento al hacer que la logística sea menos costosa. Y una vida útil prolongada reduciría el desperdicio de medicamentos y las situaciones potencialmente peligrosas en las que la insulina vencida administra una dosis inadecuada. Más que eso, la insulina podría volverse accesible para algunos lugares remotos que actualmente están fuera del alcance del transporte refrigerado.

Una serie de estudios dirigidos por Maynard durante los últimos tres años ha demostrado el potencial de pTrMA. Un estudio reciente publicado en ACS Applied Materials &Interfaces descubrió que el polímero conservaba la insulina a temperaturas de casi 200 grados Fahrenheit (cerca del punto de ebullición del agua) y durante casi un año de almacenamiento refrigerado, con el 87 % del medicamento intacto, en comparación con menos del 8 % de la insulina sola. Los experimentos de laboratorio sobre la seguridad de pTrMA mostraron que no desencadenó una respuesta inmune en ratones.

Un estudio de 2021, también respaldado por Innovation Fund, mostró que la insulina más pTrMA tiene una viscosidad lo suficientemente baja como para inyectarse de manera segura, y la investigación de 2020 demostró que una versión de pTrMA diseñada para degradarse dentro del cuerpo retuvo la capacidad de estabilizar la insulina.

Un hallazgo temprano, de 2014, de que pTrMA en realidad funciona mejor que la trehalosa como agente conservante no ha sido la única sorpresa agradable en el camino. El equipo de Maynard generalmente diseña polímeros para que se unan químicamente a moléculas de fármacos, pero en el caso de pTrMA, encontraron que es igualmente efectivo entremezclado con moléculas de insulina sin enlaces químicos.

Maynard sospecha que el polímero tiene potencial para un uso más amplio.

"Los polímeros de trehalosa estabilizan una amplia gama de proteínas y enzimas", dijo. "Las vacunas son una posibilidad, y creemos que los polímeros podrían ser una tecnología de plataforma aplicada a una variedad de diferentes medicamentos de base biológica".

Los recursos flexibles del Fondo de Innovación le han permitido a Maynard la libertad de abordar las preguntas más relevantes de sus estudios. Ese beneficio terminó trabajando en concierto con otro:presentaciones a expertos de la industria farmacéutica por parte del Grupo de Desarrollo de Tecnología de UCLA.

Uno de esos expertos recomendó que Maynard investigara la acción de la pTrMA en el cuerpo. En su reciente Materiales e interfaces aplicados de ACS publicación sobre pTrMA, Maynard y su equipo no encontraron diferencias significativas en las concentraciones de plasma sanguíneo a lo largo del tiempo entre la insulina sola y el fármaco formulado con pTrMA.

"No siempre es fácil encontrar financiación para algunos de los estudios sistemáticos que hemos estado realizando", dijo Maynard. "El Fondo de Innovación de UCLA aceleró la investigación y nos dio la capacidad de pivotar".

Si el polímero de Maynard sigue teniendo éxito como estabilizador seguro, los medicamentos, desde los que salvan vidas hasta los de uso diario, podrían volverse más baratos y estar disponibles en más lugares. Y tendrá que agradecer a un par de personas más:la madre naturaleza y el casi indestructible oso de agua.