MADRID 21 Ago. (EUROPA PRESS) -
Un equipo de investigadores de Stanford Medicine (EEUU) ha desarrollado un sistema no invasivo que, a través de ultrasonidos, puede administrar medicamentos en cualquier parte del cuerpo con una precisión de pocos milímetros, evitando que los fármacos lleguen a lugares donde no deberían, lo que produce efectos secundarios no deseados.
El sistema utiliza nanopartículas para encapsular los fármacos junto con ultrasonidos para liberarlos en los destinos previstos. En un nuevo estudio publicado en 'Nature Nanotechnology', los investigadores demuestran en ratas que la última versión de su sistema puede administrar ketamina a regiones específicas del cerebro y analgésicos a nervios específicos de las extremidades. Gracias a una nueva formulación, aseguran que las nanopartículas son más seguras, más estables y más fáciles de producir.
"Resulta que solo se necesita un poco de azúcar para que esto funcione", afirma Raag Airan, doctor en Medicina, doctor en Filosofía, profesor adjunto de Radiología y autor principal del nuevo estudio.
Los investigadores descubrieron que una solución de sacarosa al 5 por ciento dentro de las nanopartículas las hacía relativamente estables en el organismo, pero sensibles a la estimulación ultrasónica. Eso significa que, incluso cuando las nanopartículas se introducen en el torrente sanguíneo y viajan por todo el cuerpo, la mayor parte del fármaco se libera solo donde se necesita. Un haz estrecho de ultrasonidos, aplicado externamente, localiza el objetivo y libera el fármaco.
Así, aseguran que este sistema tiene el potencial de hacer que una amplia gama de fármacos sean más seguros y eficaces: "Podemos maximizar el efecto terapéutico y minimizar los efectos secundarios", afirma Airan.
DE VUELTA A LA MESA DE DISEÑO
La administración de fármacos mediante ultrasonidos ha estado en la mente de Airan durante casi una década. En 2018, su equipo publicó una primera versión del sistema, que era capaz de administrar propofol, un anestésico, en partes específicas del cerebro de ratas. Aunque esa primera versión demostró el principio, los investigadores pronto se dieron cuenta de sus deficiencias.
Las nanopartículas consistían en una cubierta de polímero rellena de un núcleo líquido de compuestos químicos poco comunes. Requerían un proceso de producción complejo, debían almacenarse a -80°C y eran menos estables después de descongelarse. Solo se podía incorporar una pequeña cantidad de fármaco en la cubierta de polímero, y este comenzaba a filtrarse a temperatura corporal.
"La aplicabilidad clínica de ese sistema era bastante limitada. Teníamos una necesidad real de idear algo diferente, así que volvimos a la mesa de diseño", indica Airan.
Pasaron a utilizar nanopartículas con una cubierta fosfolípida, conocidas como liposomas, las mismas estructuras que se utilizan para encapsular el ARNm en las vacunas contra la covid-19. "Existe toda una infraestructura para fabricar liposomas como subproducto de la pandemia. Ahora sabemos muy bien cómo fabricarlos", explica.
El fármaco podía introducirse en el núcleo líquido de las nuevas nanopartículas, que contiene principalmente agua. Pero las nanopartículas tenían que ser distinguibles por ultrasonido, lo que significa que debían tener una impedancia acústica diferente a la de su entorno inmediato. La impedancia acústica describe la facilidad con la que las ondas sonoras viajan a través de un material y depende en gran medida de la densidad.
"Siempre que haya una diferencia de impedancia acústica entre una partícula y el medio, se producirá una interacción física con el ultrasonido", resalta.
DULCE DESCUBRIMIENTO
El equipo probó añadir diversas sustancias comunes al núcleo líquido, desde polímeros hasta sales -todo lo que tenían a mano- para modular su respuesta al ultrasonido. La solución definitiva se le ocurrió a Airan mientras cocinaba. "¿Qué puede hacer que las cosas sean densas y viscosas? Bueno, el azúcar podría hacerlo", detalla el investigador.
Después de probar diferentes tipos y concentraciones de azúcares, los investigadores descubrieron que añadir un 5 por ciento de sacarosa al núcleo líquido lograba el mejor equilibrio entre la respuesta al ultrasonido y la estabilidad a temperatura corporal. Una mayor cantidad de azúcar podría hacer que las nanopartículas respondieran aún mejor al ultrasonido, pero también aumentaba la fuga del fármaco sin ultrasonido.
El mecanismo por el que el ultrasonido provoca la liberación del fármaco aún no está claro. Los investigadores creen que el ultrasonido hace oscilar la superficie de las nanopartículas contra el núcleo más denso, creando poros que liberan el fármaco.
Cuando los investigadores aplicaron ultrasonidos a una región concreta del cerebro, las nanopartículas administraron aproximadamente tres veces más fármaco a esa región que a otras partes del cerebro, lo que demostró la liberación selectiva del fármaco.
Aunque la zona cerebral específica solo recibió alrededor de un 30 por ciento más de ketamina de las nanopartículas que de la ketamina libre, la selectividad del aumento supuso una diferencia significativa para la función cerebral.
"No se trata solo de que estemos consiguiendo el efecto deseado. Estamos consiguiendo más de lo que cabría esperar, teniendo en cuenta la cantidad que estamos administrando a esa parte del cerebro", afirma Airan.
PUNTO DE DOLOR
Los investigadores también demostraron que podían bloquear el dolor en una parte específica del cuerpo aplicando un anestésico local, la ropivacaína, en un nervio concreto. Cuando los investigadores administraron a las ratas ropivacaína encapsulada en nanopartículas y aplicaron ultrasonidos al nervio ciático de una pata, esta se volvió insensible al pinchazo. Una sesión de ultrasonidos de 2,5 minutos indujo una anestesia local durante al menos una hora.
Este procedimiento tendría otra ventaja para los pacientes con dolor. Normalmente, los anestésicos locales requieren una inyección en el origen del dolor, lo que puede aumentar el malestar del paciente. Con el nuevo sistema, el fármaco se puede inyectar en otro lugar, ya que el ultrasonido se aplica de forma no invasiva en el lugar del dolor.
A la espera de la luz verde de la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA, por sus siglas en inglés), el equipo de Airan está planificando el primer ensayo en humanos del sistema de administración de fármacos por ultrasonidos, que utilizará ketamina para tratar la experiencia emocional del dolor crónico del paciente.
