Por Gustavo Ruiz-Pulido y Dora I. Medina
Artículo de divulgación científica

En las últimas décadas, la medicina ha avanzado de manera importante con la aparición de una nueva generación de medicamentos: los biofármacos, que incluyen a las proteínas recombinantes, anticuerpos monoclonales, enzimas y ácidos nucleicos.

Los biofármacos permiten tratar enfermedades de manera más eficiente y con menos efectos secundarios, al ser más específicos que los medicamentos convencionales. Por ejemplo, algunos medicamentos convencionales como las quimioterapias suelen ser poco específicos, actuando como una bomba que ataca tanto a células dañadas (cáncer) como a células sanas; mientras que un biofármaco actúa de manera específica, como si fuera un misil dirigido contra las células dañadas.

Sin embargo, estos medicamentos suelen ser moléculas complejas de gran tamaño, que son altamente sensibles y susceptibles a cambios de temperatura y acidez (pH), limitando su función en el cuerpo al tener un acceso restringido, ya sea debido a las membranas biológicas del cuerpo o por tener un periodo de vida corto y ser degradadas rápidamente.

Figura 1. Diagrama sobre la disponibilidad de los biofármacos para su absorción en las mucosidades del intestino. En el lado izquierdo, la mayoría del biofármaco es degradado en el estómago; mientras que, en el lado derecho, las nanopartículas protegen al biofármaco del ácido estomacal permitiendo que llegue al intestino para su adecuada absorción.

Atravesar las mucosidades del tracto gastrointestinal representa un reto significativo para la entrega adecuada de medicamentos

Es por ello, que varios medicamentos únicamente pueden ser administrados por medio de inyecciones, con la finalidad de lograr una rápida absorción que les permita llegar al sitio de acción para cumplir su función. Esta situación no es del todo cómoda para los pacientes, quienes suelen preferir los medicamentos orales por conveniencia, economía, comodidad y ausencia de dolor.

No obstante, atravesar las mucosidades del tracto gastrointestinal representa un reto significativo para la entrega adecuada de los medicamentos. Esto se debe a que las mucosidades son barreras biológicas que recubren todo el tracto, desde la boca hasta el colon, y desarrollan diferentes funciones esenciales como protección contra virus y bacterias, lubricación durante el proceso de digestión, limpieza constante (cada 4 a 6 horas) del tracto, e hidratación continua del estómago e intestinos. Por lo que, afectar su estructura puede causar modificaciones en su viscosidad, promoviendo que las bacterias se adhieran al tracto, o que la mucosidad empiece a acumularse de forma excesiva, dificultando la limpieza del sistema y causando una obstrucción parcial del tracto.

Por tal motivo, las mucosidades representan un objeto de estudio primordial en la mejora de la absorción y, por ende, en la eficacia de los fármacos de nueva generación, siempre cuidando de no dañar su estructura ni alterando sus propiedades fundamentales. Además, el medicamento debe penetrar la mucosidad en un periodo menor a cuatro horas, para evitar que los mecanismos de limpieza eliminen el medicamento antes de que cumpla su función terapéutica.

Nanopartículas para mejorar la absorción

Una de las alternativas que se están estudiando principalmente para mejorar la absorción de este tipo de fármacos, es la utilización de nanopartículas poliméricas, que permiten encapsular el medicamento y evitar que se degrade o pierda su actividad terapéutica a lo largo de las diferentes condiciones que se presentan el tracto gastrointestinal, logrando que llegue intacto a su sitio de acción. Además, las nanopartículas aumentan el tiempo de vida de los fármacos dentro del cuerpo e incrementan su disponibilidad en el torrente sanguíneo o en el interior de las células.

Las nanopartículas permiten encapsular el medicamento y evitar que se degrade en el tracto gastrointestinal

Los polímeros considerados durante la investigación para diseñar las nanopartículas son el quitosano y el ácido poli(láctico-co-glicólico), que son sustancias que han sido estudiadas y aprobadas por la agencia estadounidense de Administración de Alimentos y Medicamentos (FDA, por sus siglas en inglés) para su uso en la administración segura de fármacos. Estos polímeros exhiben propiedades químicas muy diferentes entre sí, como: tolerancia a la acidez, carga eléctrica, atracción o repulsión por el agua, entre otras. Por este motivo, se practican diferentes pruebas mecánicas para determinar qué polímero es el más apto para la aplicación. Entre las pruebas, se encuentran: mediciones de viscosidad, elasticidad, densidad, adherencia y atracción/repulsión por las mucosidades, entre otras.

La finalidad de este proyecto es entender la interacción directa que se presenta entre las mucosidades y las nanopartículas en los distintos grados de acidez y humedad que existen a lo largo del tracto gastrointestinal, que suelen variar bastante al pasar de muy ácido (pH=2) en el estómago a ligeramente alcalino (pH=8) en partes del intestino. Esto permitirá establecer qué nanopartícula es la más apropiada para llevar a cabo el proceso de absorción del medicamento en el tracto gastrointestinal, al presentar mayor permeabilidad o capacidad de atravesar la mucosidad sin presentar un daño estructural o afectaciones en sus propiedades hidratantes, lubricantes o protectores. De la misma manera, el estudio mecánico permitirá conocer en qué condiciones de acidez y en qué región (estómago o parte del intestino) del tracto se observa una mayor absorción de las nanopartículas conjugado con un menor daño estructural en la mucosidad.

Figura 2.  Representación gráfica sobre la interacción entre nanopartículas con diferentes cargas y la mucosidad intestinal. Las partículas positivas son atraídas por la carga negativa de la mucosa. En cambio, las partículas negativas son repelidas.

Siguientes pasos

Este proyecto representa uno de los primeros pasos para poder lograr que varios medicamentos que únicamente son administrados mediante inyección, puedan ser consumidos por la vía oral para comodidad de los pacientes y permitiendo que su administración sea mucho más sencilla.

Más adelante, se realizará un análisis para asegurar que las nanopartículas no sean tóxicas para las células humanas por medio de cultivos celulares en laboratorio, y comenzar a realizar pruebas en estómago o intestinos de cerdo, según los resultados obtenidos, para seguir avanzando en la investigación sobre el desarrollo de un método efectivo para el suministro de medicamentos.

Los autores

Gustavo Ruiz Pulido es Maestro en Ciencias Farmacéuticas (Biopharmaceuticals), egresado de King’s College London. Actualmente cursa el Doctorado en Nanotecnología en la Escuela de Ingeniería y Ciencias del Tecnológico de Monterrey, Campus Estado de México. Es miembro del Grupo de Investigación Medina-Group. A01166117@itesm.mx

Dora Iliana Medina es Doctora en Ciencias egresada de la Universidad de Cambridge (2009). Actualmente es profesora investigadora y Directora de Posgrados en Nanotecnología, del Tecnológico de Monterrey, Región Ciudad de México. Pertenece al Sistema Nacional de Investigadores Nivel 1. Es presidente del Cambridge Alumni Mexico y miembro activo de otros consejos académicos y de investigación. dora.medina@tec.mx

Este artículo está basado en el proyecto de tesis doctoral de Gustavo Ruiz Pulido, y está relacionado con dos artículos científicos que se encuentran en proceso de publicación.

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