Los químicos de la Universidad de Alabama en Birmingham han diseñado cápsulas poliméricas de triple amenaza para combatir el cáncer que acercan la promesa de la administración guiada de fármacos a las pruebas preclínicas.

Estas cápsulas multicapa muestran tres rasgos que han sido difíciles de lograr en una sola entidad. Tienen un buen contraste de imagen que permite la detección con ultrasonidos de baja potencia, pueden encapsular de manera estable y eficiente el fármaco contra el cáncer doxorrubicina, y una dosis de ultrasonido de baja y alta potencia puede desencadenar la liberación de esa carga.

Estas tres características crean un sistema de administración de fármacos guiado para atacar tumores sólidos. La eficacia terapéutica se puede mejorar aún más mediante modificaciones de la superficie para aumentar las capacidades de focalización. El ultrasonido de diagnóstico de baja potencia podría visualizar las nanocápsulas mientras se concentraban en un tumor, y el ultrasonido terapéutico de dosis más alta liberaría el fármaco en la zona cero, evitando al resto del cuerpo de la toxicidad limitante de la dosis.

Este control preciso de cuándo y dónde se liberan la doxorrubicina u otros medicamentos contra el cáncer podría ofrecer una alternativa no invasiva a la cirugía del cáncer o la quimioterapia sistémica. los investigadores de la UAB informan en la revista ACS Nano , que tiene un factor de impacto de 13,3.

"Visualizamos un enfoque completamente diferente para el tratamiento de tumores humanos sólidos de numerosos subtipos patológicos, incluyendo neoplasias metastásicas comunes como mama, melanoma, colon, próstata y pulmón, utilizando estas cápsulas como plataforma de entrega, "dijo Eugenia Kharlampieva, Doctor., un profesor asociado en el Departamento de Química, Facultad de Artes y Ciencias de la UAB. "Estas cápsulas pueden proteger la terapéutica encapsulada de la degradación o eliminación antes de alcanzar el objetivo y tienen contraste de ultrasonido como un medio para visualizar la liberación del fármaco. Pueden liberar su carga de fármaco encapsulado en ubicaciones específicas mediante la exposición al ultrasonido aplicado externamente".

Kharlampieva, que crea sus nuevas partículas "inteligentes" mientras trabaja en la intersección de la química de los polímeros, nanotecnología y ciencia biomédica:dice que hay una necesidad urgente, y hasta ahora insatisfecho, necesidad de una fabricación tan fácil, sistema de administración de fármacos guiada.

Los investigadores de la UAB, dirigido por Kharlampieva y los co-primeros autores Jun Chen y Sithira Ratnayaka, utilizar capas alternas de ácido tánico biocompatible y poli (N-vinilpirrolidona), o TA / PVPON, para construir sus microportadores. Las capas se forman alrededor de un núcleo de sacrificio de sílice sólida o carbonato de calcio poroso que se disuelve una vez que se completan las capas.

Variando el número de capas, el peso molecular de PVPON o la relación entre el espesor de la cubierta y el diámetro de la cápsula, los investigadores pudieron alterar los rasgos físicos de las cápsulas y su sensibilidad a la ecografía de diagnóstico, a niveles de potencia por debajo del máximo de la FDA para diagnóstico y diagnóstico por imágenes clínicas.

Por ejemplo, un cuarto de las microcápsulas vacías hechas con cuatro capas de TA / PVPON de bajo peso molecular se rompieron por tres minutos de ultrasonido, mientras que las cápsulas hechas de 15 capas de TA / PVPON de bajo peso molecular o las cápsulas hechas de cuatro capas de TA / PVPON de alto peso molecular no mostraron rotura. Las cápsulas rotas tenían una rigidez mecánica más baja que las hacía más sensibles a los cambios de presión de los ultrasonidos. Los experimentos mostraron que la relación entre el grosor de la pared de la cápsula y el diámetro de la cápsula es una variable clave para la sensibilidad a la rotura.

Para probar el contraste de imágenes de ultrasonido de las microcápsulas, los investigadores de la UAB fabricaron cápsulas de 5 micrómetros de ancho, o aproximadamente dos veces más anchas que las cápsulas utilizadas en los experimentos de ruptura. Este tamaño es lo suficientemente pequeño como para atravesar los capilares del pulmón. mientras que se sabe que un tamaño más grande para varias micropartículas mejora en gran medida el contraste de ultrasonido. Las células rojas de la sangre, para una comparación de tamaño, tienen un diámetro de aproximadamente 6 a 8 micrómetros.

Los investigadores encontraron que 5 micrómetros de ancho, Las cápsulas vacías que se hicieron con ocho capas de TA / PVPON de bajo peso molecular mostraron un contraste de ultrasonido comparable al agente de contraste de microesferas disponible comercialmente Definity. Cuando las cápsulas de la UAB, que tienen un grosor de capa de aproximadamente 50 nanómetros, se cargaron con doxorrubicina, el contraste de las imágenes de ultrasonido aumentó de dos a ocho veces en comparación con las cápsulas vacías, dependiendo del modo de ecografía utilizado. Estas cápsulas cargadas con doxorrubicina eran muy estables, sin cambios en el contraste de las imágenes de ultrasonido después de seis meses de almacenamiento. Exposición al suero, conocido por depositar proteínas en varias micropartículas, no extinguió el contraste de imágenes ecográficas de las microcápsulas de TA / PVPON.

Una dosis terapéutica de ultrasonido fue capaz de romper el 50 por ciento de los 5 micrómetros, microcápsulas cargadas de doxorrubicina, liberando suficiente doxorrubicina para inducir un 97 por ciento de citotoxicidad en células de adenocarcinoma de mama humano en cultivo. Las células de adenocarcinoma que se incubaron con microcápsulas cargadas de doxorrubicina intactas permanecieron viables.

Por lo tanto, Kharlampieva dice:estas cápsulas de TA / PVPON tienen un gran potencial como agentes "teranósticos" para la terapia eficaz del cáncer junto con el ultrasonido. El término teranóstico se refiere a nanopartículas o microcápsulas que pueden funcionar como agentes de diagnóstico por imagen y como portadores terapéuticos de administración de fármacos.

El siguiente paso preclínico importante, Kharlampieva dice:en colaboración con Mark Bolding, Doctor., profesor adjunto del Departamento de Radiología de la UAB, y Jason Warram, Doctor., profesor ayudante del Departamento de Otorrinolaringología de la UAB, Se realizarán estudios en modelos animales para explorar cuánto tiempo persisten las cápsulas de la UAB en la circulación sanguínea y dónde se distribuyen en el cuerpo.