Nanocápsulas que liberan el potencial de los antioxidantes

Por Judith Bernal, Anay F. Lázaro, Gerardo García Rivas y Omar Lozano
Artículo de divulgación científica

Los antioxidantes han sido objeto de gran atención desde los años 80, a partir de la formulación de la “Paradoja francesa”. Dicha paradoja se refiere a la observación de una reducida incidencia de enfermedades cardiovasculares en la población francesa respecto a otros países con una ingesta calórica similar. Finalmente, se encontró que la razón se debía en parte a la ingesta de vino tinto, el cual, independientemente de sus efectos dionisíacos, es rico en antioxidantes.

Se piensa que los antioxidantes pueden ser utilizados para el tratamiento de condiciones crónico-degenerativas asociadas con un exceso de especies reactivas de oxígeno (ERO) al prevenir el daño celular, debido a que son capaces de atrapar ERO y pueden estimular los sistemas celulares de regulación de ERO. El uso de estos compuestos puede tener una incidencia positiva en enfermedades cardiovasculares, neurodegenerativas, algunos tipos de cáncer, diabetes tipo 2, así como el envejecimiento.

En estudios con células, se ha demostrado ampliamente los beneficios de utilizar compuestos antioxidantes, donde la reducción de un exceso de ERO ha conllevado a mantener el estado celular. Sin embargo, los resultados en estudios clínicos o preclínicos han tenido resultados limitados. Esto debido a que los antioxidantes presentan una baja biodisponibilidad por sus propiedades fisicoquímicas y alta tasa de metabolización.

El experimento

En la búsqueda de liberar el potencial de dichos compuestos, su transporte por medio de nanocápsulas podría superar las barreras anteriormente mencionadas. En el artículo de investigación “Nanoencapsulated Quercetin Improves Cardioprotection during Hypoxia-Reoxygenation Injury through Preservation of Mitochondrial Function” se describen los resultados de una primera fase de investigación en la que se prueba la encapsulación de un potente antioxidante llamado Quercetina, como un potencial tratamiento contra enfermedades cardiovasculares.

El objetivo del estudio fue determinar la capacidad de entrega de Quercetina a través de las nanocápsulas poliméricas, en comparación con Quercetina libre. Todo esto mediante un modelo in vitro de células cardiacas. Primeramente, se buscó conocer las características de la Quercetina encapsulada. Se obtuvieron nanopartículas con un diámetro promedio 165 ± 7.5 nm, esto es un millón de veces menor que el diámetro del cabello humano, y fue posible obtener una eficiencia de encapsulamiento del 98% de la Quercetina en las partículas. Simulando el interior celular, la nanocápsula liberó poco más del 90% de Quercetina a las dos semanas, implicando una liberación sostenida.

Se demostró además que nanocápsulas a base de ácido poli (láctico-co-glicólico) (PLGA) pueden penetrar en las células cardiacas H9c2 después de una incubación durante 24 horas.

La siguiente pregunta, dado que se encapsuló un antioxidante, fue naturalmente su capacidad de lidiar contra un aumento repentino de ERO inducido por el compuesto Antimicina A (AA). En estas condiciones en el citosol, el interior celular, se encontró que la Quercetina encapsulada redujo 52% de ERO respecto a un 8% de la Quercetina libre. Estos datos demuestran la efectividad de la estrategia de entrega nanoencapsulada.

Finalmente, las células cardiacas H9c2 se sometieron a un proceso de hipoxia/reoxigenación, reproduciendo algunas de las condiciones adversas de un evento de Infarto Agudo al Miocardio. Este modelo es útil como prueba de concepto de los principios potenciales de cardioprotección. Los resultados obtenidos indican que las células sobrevivieron, comparando Quercetina encapsulada vs libre, en un 77% vs 67% respectivamente. Debido a estos resultados, se decidió analizar la función de la mitocondria, al ser un organelo celular clave cuya disfunción garantiza la muerte celular. Se encontró que el tratamiento con el nanoencapsulado protege mejor a la mitocondria en cuanto a su capacidad de consumo de oxígeno y para mantener su potencial de membrana, elementos determinantes para la producción de energía.

Los hallazgos

Con esta investigación se demostró, mediante un modelo de célula cardiaca sometido a una simulación de condiciones isquemia/reperfusión en el corazón, que el tratamiento con Quercetina encapsulada conlleva a una mayor sobrevivencia celular asociada a una protección a la mitocondria. ¿Por qué protege mejor la Quercetina encapsulada respecto a la Quercetina libre? La respuesta la obtuvimos en el nivel de estabilidad del compuesto original: mientras que la Quercetina encapsulada presenta un patrón de absorbancia de la luz similar en cualquier escala de tiempo (hasta dos semanas) durante una simulación de estabilidad en condiciones de medio celular, la Quercetina libre presenta un cambio de patrón asociado con la oxidación del compuesto. De esta forma demostramos que la nanocápsula polimérica protege a la Quercetina de la degradación.

¿Qué implicaciones tiene este estudio? Con lo anterior, se demostró en una primera etapa el éxito de una estrategia novedosa para tratar afecciones mediadas por ERO por medio del encapsulamiento de un antioxidante, en la cual el compuesto entregado fue protegido de degradación y posee una liberación controlada y sostenida. Este estudio da pie para continuar la exploración de la estrategia en modelos in vivo y eventualmente, si se sigue cumpliendo la premisa, llevarlo a estudios clínicos como una innovadora estrategia que libere el potencial de agentes antioxidantes.

Los autores

Judith Bernal Ramírez es Maestra en Biotecnología egresada del Tec de Monterrey. Actualmente cursa el Doctorado en Biotecnología en la Escuela de Ingeniería y Ciencias del Tec de Monterrey, Campus Monterrey. judithbernal.rmz@tec.mx

Anay F. Lázaro Alfaro es Maestra en Biotecnología egresada del Tec de Monterrey. Actualmente colabora en el Grupo de Investigación en Medicina Cardiovascular y Metabolómica. a.lazaro@tec.mx

Gerardo García Rivas es Doctor en Ciencias Biomédicas. Es profesor investigador de la Escuela de Medicina y Ciencias de la Salud, del Tec de Monterrey. Es líder del Grupo de Investigación en Medicina Cardiovascular y Metabolómica. Pertenece al Sistema Nacional de Investigadores, nivel 2. gdejesus@tec.mx

Omar Lozano García es Doctor en Física. Es profesor investigador de la Escuela de Medicina y Ciencias de la Salud, del Tec de Monterrey. Es miembro del Grupo de Investigación en Medicina Cardiovascular y Metabolómica. Pertenece al Sistema Nacional de Investigadores, nivel 1.  omar.lozano@tec.mx

¿Quieres saber más?

El artículo de investigación Nanoencapsulated Quercetin Improves Cardioprotection during Hypoxia-Reoxygenation Injury through Preservation of Mitochondrial Function, indizado recientemente en la base de datos Scopus, se puede encontrar en: https://doi.org/10.1155/2019/7683051