Un servicio de entrega de insulina
Es un viejo sueño de la farmacia: administrar un principio activo en el lugar exacto del cuerpo donde más se necesita
Hasta un tres por ciento de los diabéticos sufre una reacción alérgica a la insulina. Un equipo del Forschungszentrum Jülich ha estudiado ahora un método que podría utilizarse para administrar el principio activo en el organismo de forma enmascarada, en forma de minúsculas nanopartículas. La insulina sólo se libera en el órgano diana cuando el valor del pH se desvía del entorno ligeramente alcalino de la sangre. El sistema de transporte molecular también podría servir de plataforma para liberar otros fármacos en el organismo precisamente en el lugar de destino.
Es un viejo sueño de la farmacia: administrar un principio activo en el lugar exacto del cuerpo donde más se necesita; un medicamento contra el cáncer, por ejemplo, directamente en el tejido tumoral. Así se minimizan sus efectos secundarios en otros órganos y se garantiza que tenga el máximo efecto en su objetivo. Este concepto se denomina "administración selectiva de fármacos". El principio activo real se empaqueta en una sustancia transportadora y se introduce así en el organismo. Una vez que llega a su destino, un determinado estímulo (por ejemplo, el contenido de oxígeno o el valor del pH) garantiza que la carga encapsulada se libere de nuevo.
Un equipo del Forschungszentrum Jülich acaba de presentar el concepto de un taxi farmacológico de este tipo, que podría beneficiar sobre todo a los diabéticos. "Algunos de los afectados son alérgicos a la insulina, el fármaco que tienen que utilizar a diario para ajustar sus niveles de azúcar en sangre", explica Anastasiia Murmiliuk, investigadora del Centro Jülich para la Ciencia de Neutrones (JCNS) que desempeñó un papel clave en el desarrollo y la caracterización del sistema de transporte molecular.
La alergia a la insulina es poco frecuente. Pero para las personas con diabetes de tipo 1, en particular, no hay alternativa a la administración de la sustancia mensajera. Cada vez que se inyecta el preparado de insulina, la piel que rodea el lugar de la inyección se enrojece. La zona se hincha, pica y duele. Incluso puede provocar una reacción anafiláctica con dificultad respiratoria y problemas circulatorios. "Nuestra idea era enmascarar la insulina para el sistema inmunitario. Para ello, seleccionamos un polímero sintético que une la insulina a sí misma", explica el químico.
Los complejos de moléculas de insulina y polímero se combinan para formar nanopartículas y pueden transportarse por los vasos sanguíneos hasta los órganos. En el medio ligeramente alcalino de la sangre, los dos componentes permanecen inicialmente firmemente unidos. En los tejidos, sin embargo, el pH cambia y la insulina y el polímero se separan.
"Los polímeros, es decir, las moléculas de cadena larga, son compuestos fascinantes. Sus propiedades pueden adaptarse a aplicaciones específicas", explica Anastasiia Murmiliuk. El polímero que la investigadora seleccionó para el transporte de insulina es biodegradable y consta de dos unidades: una parte amante del agua, que garantiza la solubilidad y estabilidad en la sangre, y otra cargada, que une la insulina.
Mediante diversos métodos de dispersión, el equipo de Jülich pudo determinar no sólo el tamaño de las partículas, sino también su estructura interna: Las partes acuosas del polímero forman la capa exterior de las partículas, mientras que las partes cargadas de la cadena se acoplan a la insulina en el interior. "Hemos podido demostrar que tres moléculas de insulina están muy juntas", explica Anastasiia Murmiliuk. En muchos preparados convencionales, la insulina se presenta disuelta en un paquete de seis, que luego tiene que descomponerse gradualmente en las moléculas individuales activas. El paquete de tres de los nanotransportadores podría actuar más rápidamente.
El método de dispersión de neutrones de ángulo pequeño ha resultado especialmente útil para estudiar las partículas de insulina polimérica, explica Aurel Radulescu, experto en dispersión de neutrones del JCNS: "A diferencia de los rayos X, los neutrones pueden 'ver' el hidrógeno de una muestra y distinguir entre hidrógeno y deuterio (hidrógeno pesado). Si sustituimos el hidrógeno de todos los componentes de las nanopartículas, salvo uno, por deuterio, podemos visualizar específicamente sólo este componente, es decir, sólo el polímero o sólo la insulina. De este modo, podemos crear selectivamente el contraste entre los dos componentes y el disolvente y ver en detalle cómo está construido nuestro fármaco-taxi.
"Era especialmente importante analizar una amplia gama de tamaños, desde unos pocos angstroms hasta micrómetros, con el mismo instrumento de neutrones para garantizar un análisis estructural exhaustivo de los complejos polímero-proteína y sus ensamblajes mayores. Hay muy pocos difractómetros de neutrones de ángulo pequeño en el mundo que ofrezcan esta capacidad, e incluimos algunos en nuestro estudio", dice Radulescu.
Hasta ahora, el equipo sólo ha podido demostrar en el laboratorio que el transportador molecular funciona. Aún están pendientes los estudios en muestras de sangre y tejidos. No obstante, los investigadores creen que los complejos de un polímero sintético y una proteína natural como la insulina pueden convertirse en una plataforma farmacéutica. Y esto permitiría introducir eficazmente en el organismo no sólo insulina, sino también una gran variedad de sustancias activas: "Lo probamos con un colorante que se encuentra en una forma similar en la sangre o en la hoja verde y se utiliza para diagnosticar y tratar el cáncer. Quedó atrapado en las nanopartículas y se liberó después de que el valor del pH cambiara significativamente al deshacerse las partículas".
En el futuro, esto también podría servir para encapsular principios activos poco solubles en agua. Radulescu y Murmiliuk piensan sobre todo en medicamentos contra el cáncer. Dado que los tumores tienen un valor de pH distinto al de otras células, este método puede utilizarse para administrar fármacos contra el cáncer directamente a las células cancerosas sin dañar las células "sanas".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Anastasiia Murmiliuk, Hiroki Iwase, Jia-Jhen Kang, Shilpa Mohanakumar, Marie-Sousai Appavou, Kathleen Wood, László Almásy, Adél Len, Kuno Schwärzer, Jürgen Allgaier, Martin Dulle, Thomas Gensch, Beate Förster, Kanae Ito, Hiroshi Nakagawa, Simone Wiegand, Stephan Förster, Aurel Radulescu; "Polyelectrolyte-protein synergism: pH-responsive polyelectrolyte/insulin complexes as versatile carriers for targeted protein and drug delivery"; Journal of Colloid and Interface Science, Volume 665
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