Administración dirigida de fármacos (targeted drug delivery)
Prof. Roberto Ebensperger
La administración dirigida de fármacos o 'targeted drug delivery 'es una forma especial de sistema de administración de medicamentos en el que el medicamento se dirige selectivamente o únicamente a su sitio de acción diana y no a los órganos, tejidos o células no diana. Este sistema permite administrar un agente terapéuticamente activo en un patrón que aumenta considerablemente la concentración del medicamento en algunas partes del cuerpo (diana) en comparación con otras. Hace más de un siglo, Paul Ehrlich propuso la idea de un fármaco que funcione como una "bala mágica" que elimine de forma selectiva las células enfermas sin dañar las células normales circundantes. Desde entonces, se ha avanzado mucho en este campo para ampliar el alcance de la entrega dirigida de fármacos. Un problema importante sigue siendo los efectos tóxicos de los fármacos contra las células sanas. Con el fin de reducir los efectos adversos de la quimioterapia en tejidos sanos, se han desarrollado una variedad de sistemas y estrategias de administración dirigida de fármacos (figura 1).
Figura 1. Targeted drug delivery. Consideraciones estructurales y de diseño de los diferentes tipos de opciones de carga de fármacos en la administración dirigida de fármacos (targeted drug delivery) en sistemas liposomales. Los liposomas se pueden funcionalizar en la superficie para dotarlos de sigilo a través de la PEGilación y para promover la endocitosis mediada por receptor mediante el uso de ligandos dirigidos como anticuerpos, péptidos, proteínas, carbohidratos y moléculas pequeñas. La PEGilación prolonga la vida media del liposoma en la circulación in vivo al reducir su aclaramiento (clearance), su reconocimiento por el sistema inmune y la absorción no específica a proteínas séricas. La densidad del polietilenglicol (PEG) determina su estructura en la superficie del liposoma, densidades por debajo del 9% adoptan una estructura globular similar a una seta (mushroom-like) y densidades por encima del 9% adoptan una morfología más rígida y extendida similar a un cepillo (brush-like). Los agentes de quimioterapia o de diagnóstico se pueden encapsular en el lumen acuoso, incorporarse en la bicapa lipídica o conjugar con la superficie del liposoma.
Un gran e importante problema médico en la actualidad es que no contamos todavía con una cura contra el cáncer. Entonces, saber cómo funciona una patología, particularmente el cáncer, y tratar de encontrar un tratamiento eficaz representa uno de los desafíos más complejos de la investigación biomédica y farmacéutica. Actualmente, la medicina de precisión usa la información sobre genes, proteínas y otras características del cáncer de una persona a fin de determinar el diagnóstico y el tratamiento de la enfermedad.
El caso del cáncer lleva asociadas mutaciones genéticas específicas, de modo que el desarrollo de la enfermedad es distinto según la parte de nuestro cuerpo que se encuentre afectada. Por esta razón, el tratamiento que seleccionemos debe ser altamente específico. No podemos tratar de eliminar células tumorales sin saber dónde están y qué las diferencia de las células sanas.
Cuando esto sucede, como cuando usamos la quimioterapia o la radioterapia, nuestro tratamiento no es específico, y le causamos problemas a nuestro organismo, de forma tal que graves e importantes efectos secundarios y tóxicos se presentan con algunos tratamientos. De esta manera, otro importante problema médico que enfrentamos es: ¿de qué manera atacamos las células enfermas sin afectar a las sanas?
En un intento por contribuir a resolver este problema y desarrollar nueva tecnología farmacéutica el LIIF aborda el problema a través de un proyecto que tiene por objetivo desarrollar un producto que consiste en un sistema de administración dirigido de fármacos capaz de alcanzar selectivamente un tumor y destruirlo específicamente evitando causar daño en el tejido sano o no tumoral. [Ver proyecto Inmunoliposomas funcionalizados para administración dirigida de fármacos oncológicos (‘targeteddrugdelivery’) en mieloma múltiple y otros tipos de cáncer]
Nuestra solución aprovecha la experiencia de nuestra investigación en tecnología farmacéutica y diseño de nuevas formas de administración de fármacos, y se enmarca en lo que hoy se conoce como nanomedicina, la cual utiliza nanopartículas para administrar agentes terapéuticos a los sitios enfermos (figuras 2, 3 y 4).
Específicamente, un proyecto se centra en desarrollar una nueva formulación de inmunoliposomas dirigidos de Bortezomib y Carfilzomib, utilizando un anticuerpo anti-CD38 comercial (daratumumab) para la funcionalización de la nanopartícula y, de esta manera, atacar selectivamente las células cancerosas del mieloma múltiple evitando al mismo tiempo los severos efectos adversos y tóxicos de los fármacos (figura 3). Otro proyecto o idea se centra en utilizar tecnología de RNA de interferencia (RNAi) para fabricar fármacos específicos contra blancos terapéuticos de un cáncer (figuras 3 y 4).
Figura 2. Estrategia tecnológica de liberación dirigida de fármacos para agentes quimioterapéuticos contra el mieloma múltiple diseñada por el LIIF. La imagen muestra la estrategia diseñada para el tratamiento dirigido contra el mieloma mútiple a través de la nanoencapsulación de bortezomib en un liposoma artificial o una vesícula extracelular (natural) y funcionalizado con un anticuerpo dirigido contra CD38 comercial (daratumumab) (imagen superior). Los liposomas que contengan el fármaco se bioconjugarán (funcionalizarán) con el anticuerpo monoclonal anti-CD38 daratumumab siguiendo la metodología descrita por Ebensperger y Hachim en WO2013106944 A2, “Method for selective targeting of nanoencapsulated cells on target tissue or organs” (imagen inferior). La evaluación de la actividad antineoplásica de los liposomas y los inmunoliposomas formulados se realiza in vitro en las líneas celulares NCI-H929 RPMI 8226. La evaluación preclínica se realiza en un modelo murino de xenoinjerto de tumor derivado de línea celular o CDX ('cell-line derived tumor xenograft').
Figura 3. Estrategia tecnológica de liberación dirigida de fármacos basados en RNA de interferencia (RNAi) contra la proteína Sam68 para el tratamiento de diversos tipos de cáncer diseñada por el LIIF. Esquema que describe conceptualmente la estrategia farmacéutica. La tecnología se basa en la nanoencapsulación de un RNAi, bajo la forma de un siRNA o un shRNA, en un liposoma artificial o vesícula extracelular (exosoma) natural y funcionalizado con un anticuerpo específico dirigido contra un antígeno que expresa la célula tumoral y no la célula normal. Por ejemplo, se puede usar un anticuerpo dirigido contra HER-2 para atacar selectivamente un tumor mamario o bien un anticuerpo contra el antígeno de membrana específico de próstata (PSMA). La funcionalización se lleva adelante según la metodología descrita por Ebensperger y Hachim en WO2013106944 A2, “Method for selective targeting of nanoencapsulated cells on target tissue or organs”. [Fuente R. Ebensperger]
Figura 4. Sam68 siRNA como posible fármaco en la terapia del cáncer. La imagen muestra un fármaco basado en la tecnología de RNA de interferencia (RNAi) contra la proteína Sam68. La tecnología de RNAi busca suprimir específicamente la traducción, y con ello la expresión, de una proteína en la célula (derecha). El Western blot muestra el descubrimiento, en el laboratorio del Dr. Ebensperger, de una secuencia de siRNA novedosa y potente capaz de suprimir significativamente la expresión de la proteína Sam68. En nuestro caso el fármaco de RNAi se fabricó bajo la forma de una horquilla o shRNA (izquierda). [Fuente R. Ebensperger]
Nanoencapsulación de células madre y orientación celular
La nanoencapsulación celular es un novedoso sistema de administración y orientación de células basado en una técnica de autoensamblaje mediada por interacciones electrostáticas llamada deposición capa por capa (Layer by layer, LbL), que no aumenta significativamente el volumen celular/implante debido al grosor nanométrico de sus capas. Las deposiciones de LbL podrían cubrir toda la superficie de las células, individualmente, proporcionando resistencia mecánica a las células contra las condiciones de manipulación y almacenamiento antes de la implantación en el paciente. La nanocapsulación LbL se forma sobre la célula mediante el depósito secuencial de capas de polímeros, que está mediado por interacciones electrostáticas al alternar polímeros de carga opuesta sobre una plantilla o templado también cargado. Usando esta tecnología, en el Laboratorio de Terapia Celular y Medicina Regenerativa del Dr. Ebensperger fue posible la nanocapsulación individual de células madre mesenquimales derivadas de tejido adiposo humano (ADSC) y se evaluaron los factores experimentales para preservar con éxito la viabilidad y la funcionalidad de las células, para ser utilizadas en aplicaciones de medicina regenerativa. Además, nuestro método de nanoencapsulación de células madre mesenquimales (MSC) es útil para la orientación celular mediante la conjugación de un anticuerpo específico. Adicionalmente, nuestro laboratorio diseñó una estrategia para funcionalizar la nanocápsula que recubre a las células con un anticuerpo específico que le otorga orientación y direccionalidad a las células, permitiendo de esta forma una mayor capacidad reconocer un tejido e injertarse en él al mejorar su adherencia en dicho tejido. En el ejemplo de la figura 5, se observó un aumento considerable de la unión celular de las ADSC sobre las células endoteliales humanas HUVEC, cuando las ADSC fueron funcionalizadas mediante el uso de un anticuerpo anti-CD31 específico.
De esta manera, podemos observar que la conjugación de un anticuerpo específico sobre la nanocapa aumenta el reconocimiento celular específico y, posiblemente, el injerto en el tejido. Por lo tanto, las MSC, a través de la nanoencapsulación celular, pueden servir como una plataforma prometedora para la ingeniería de tejidos basada en células y la entrega celular dirigida, en la medicina regenerativa y la terapia celular.
Figura 5. Cell Targeting. Unión específica de células madre mesenquimales derivadas de tejido adiposo (ADSC) nanoencapsuladas y conjugadas (funcionalizadas) con un anticuerpo anti-CD31 en células HUVEC. Se usaron ADSC marcadas con TAMRA (reactivo fluorescente rojo intracelular) para ver las ADSC unidas o adheridas a la superficie de las células endoteliales HUVEC (que expresan CD31) bajo microscopía de fluorescencia (200X). (a) y (b) ADSC control, (c) y (d) ADSC nanoencapsuladas, (e) y (f) ADSC conjugados con una IgG1 no específica, (g) y (h) ADSC conjugadas/funcionalizadas con un anticuerpo anti-CD31. [Fuente R. Ebensperger]
Baea YH & Kinam Park K. Targeted drug delivery to tumors: Myths, reality and possibility. J Control Release. (2011) 153(3): 198–205
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Kumar Patra J y col. Nano based drug delivery systems: recent developments and future prospects. J Nanobiotechnol (2018) 16:71
D. Hachim, J. Melendez & R. Ebensperger. "Nanoencapsulation of Human Adipose Mesenchymal Stem Cells: Experimental Factors Role to Successfully Preserve Viability and Functionality of Cells," Journal of Encapsulation and Adsorption Sciences (2013); 3(1): 1-12
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