La relevancia de lo simple
Dos grupos de investigación diseñaron nanopartículas que pueden encapsular drogas, transportarlas y descargarlas de manera controlada en el interior de distintos tipos celulares, a partir de un método de fabricación que, por su simpleza, permite su producción a bajo costo. La estrategia es aplicable en ensayos clínicos para tratar el Parkinson, la insuficiencia cardíaca o la diabetes, entre otras enfermedades.
Nuestras abuelas (las bisabuelas, para los más jóvenes) limpiaban la casa, lavaban la ropa y se higienizaban con un pan de jabón blanco. Hoy, disponemos de productos de limpieza para cada ambiente de la casa, para cada tipo de piso, para los vidrios, para los muebles para los utensilios de cocina y para cualquier objeto que se precie; tenemos polvos y líquidos de toda clase, y quitamanchas y blanqueadores, para lavar la ropa; y se nos ofrecen champús y acondicionadores para cada tipo de pelo, jabones sólidos y líquidos de distintas composiciones, desodorantes y cremas y etcéteras diversos para el cuerpo.
No se trata de renegar de toda la variedad que el mercado nos ofrece en estos tiempos. Pero se puede pensar en los efectos de este proceso de diversificación y especialización de las necesidades. Por ejemplo: pensemos cuánto pagamos por cualquiera de los productos mencionados anteriormente en comparación con un pan de jabón blanco. La diferencia en el costo está en la simpleza que lleva producir el jabón de las abuelas.
Este proceso de pasar de lo genérico a lo particularizado -que viene ocurriendo desde hace varias décadas- se da en todas las industrias, no solo en la de los productos de limpieza.
La industria farmacéutica es un claro ejemplo: las farmacias están repletas de cajas, cajitas, sobres y frascos de diferentes colores y formas que nos ofrecen panaceas. Cada vez hay más variedad de medicamentos. Algunos tienen una sola droga en su composición; otros pueden tener dos, o tres, o más y combinadas de maneras diferentes; hay los que tienen una mínima modificación en alguna molécula que ya se vendía desde hacía tiempo y ahora se promocionan como nuevos; hay los que se presentan con novedosas formas de administración y hay los que dicen actuar con más especificidad en su objetivo terapéutico. Más allá del negocio, esto podría considerarse beneficioso para algunos tratamientos. Pero los fármacos elaborados con combinaciones de drogas o dirigidos a dolencias particulares son más caros. En muchos casos, porque su fabricación se lleva a cabo mediante procesos complicados.
Lograr la simpleza en un método de producción posibilita reducir significativamente los costos.
Lograr la simpleza en un método de producción posibilita reducir significativamente los costos. Y esto no es una cuestión menor si hablamos de tratamientos para la salud.
Ciencia para quién
Desde hace relativamente poco tiempo, algunos grupos de investigación de distintas partes del planeta intentan generar herramientas terapéuticas manipulando el mundo de lo minúsculo. Fabrican nanopartículas (partículas de tamaños que están en el orden de la milmillonésima parte del metro) que pueden encapsular drogas, transportarlas y descargarlas de manera controlada en el interior de una célula viva.
Son esferitas que, durante su formación, encapsulan en su interior la droga que se quiere transportar. Esas nanoesferas tienen poros de pocos nanómetros de diámetro, a través de los cuales liberan la droga. Pero, para que el contenido no se escape por los poros antes de tiempo, la nanopartícula se recubre con una sustancia que se disuelve lentamente, dando tiempo a la esferita a llegar a su destino sin perder el contenido.
La encapsulación de compuestos dentro de las nanopartículas protege a las moléculas sensibles de su degradación. Además, la liberación controlada de compuestos tiene potencial en múltiples aplicaciones. Específicamente, en los tratamientos que requieren cantidades precisas y sostenidas en el tiempo de un agente terapéutico. Se cree que, algún día, esas partículas podrían usarse para hacer llegar un medicamento a un lugar preciso del cuerpo.
Mercedes Perullini.
Actualmente, se ensayan diferentes formas de fabricación de nanopartículas con propiedades distintas: “En muchos trabajos que se publican, uno ve que se fabrican nanopartículas que están perfectamente diseñadas para una problemática muy particular. Pero esa especificidad lleva a que los procedimientos sean complicados, casi artesanales, dependientes de un know how muy específico. Esto exige controlar al detalle las condiciones en las que se construyen las partículas, lo cual hace prácticamente imposible escalar la producción para alcanzar la fabricación industrial”, explica Mercedes Perullini, directora del Laboratorio de Materiales Funcionales con Actividad Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA (Exactas UBA), y quien mencionó la idea del jabón y la diversificación y especialización de las necesidades que se menciona en el inicio de la nota.
La investigadora del CONICET no descarta que, “a veces, es necesaria cierta especificidad”, pero advierte que hay también una visión de la ciencia dirigida a “adaptar perfectamente un determinado producto a cierta necesidad particular, patentarlo y venderlo”.
En este sentido, Perullini sostiene que “la comunidad científico tecnológica no puede ignorar esa tensión entre lo particular y lo general”. Y opina: “Podemos pararnos en un polo o en el otro, pero no de manera ingenua. No podemos perder de vista por qué y para quién hacemos ciencia y a qué intereses sirve lo que estamos haciendo”.
Recubrieron las partículas con quitosano, un material que demora unas 10 a 12 horas en terminar de disolverse.
Con esta premisa, dos grupos de investigación de Exactas UBA, provenientes de dos campos disciplinarios distintos, la química inorgánica y la biología molecular, se propusieron fabricar nanopartículas capaces de encapsular drogas, transportarlas y descargarlas de manera controlada en el interior de distintos tipos celulares. Pero, además, se impusieron como objetivo primordial que el protocolo para la fabricación de esas partículas debía ser simple.
Estrategia simple
Primero, revisaron exhaustivamente los trabajos científicos publicados en los que se describían métodos de fabricación de nanopartículas. Y ahí encontraron un indicio de por dónde había que ir: “Identificamos que había muchos nanodispositivos para encapsular y liberar drogas en forma controlada pero, mayormente, moléculas pequeñas. Entonces, nos planteamos diseñar nanopartículas que tuvieran poros de tamaños medianos, que pudieran encapsular y liberar moléculas más grandes, como una proteína”.
La revisión bibliográfica también sirvió para seleccionar, entre todas las estrategias de fabricación de nanopartículas que estaban descriptas, aquellas que fueran reproducibles, es decir, que pudieran realizarse de manera relativamente simple en cualquier laboratorio de nanotecnología.
Después, con toda la información reunida, estudiaron los parámetros de fabricación de nanopartículas que afectan las propiedades del producto final. Y entonces agarraron los tubos de ensayo y empezaron a probar distintas alternativas. Finalmente, encontraron una síntesis. “Es una estrategia fácilmente reproducible, que permite ‘jugar’ con el tamaño de los poros en un único paso y sin costo adicional”, revela Perullini.
Como el tamaño de los poros es lo que regula la velocidad de liberación del compuesto encapsulado, la posibilidad de modificar esa variable de manera relativamente sencilla es importante para poder controlar esa liberación. “Simplemente, manejando la concentración de un reactivo y el tiempo de la reacción, sin necesidad de pasos adicionales, podemos fabricar partículas con distintos tamaños de poros y distinta distribución de tamaños de poros en la misma partícula, lo cual permite regular de manera muy controlada la liberación del contenido”.
Alejandra Guberman.
Por último, recubrieron las partículas con quitosano, un material presente en el esqueleto de los crustáceos que se obtiene a partir de los residuos generados por el procesamiento del langostino. El quitosano demora unas 10 a 12 horas en terminar de disolverse y dejar al descubierto los poros para que el compuesto pueda liberarse: “Sería un tiempo suficiente para que, en el caso de inyectar las partículas en un organismo vivo, lleguen a las células blanco sin perder el contenido”.
Mediante la estrategia desarrollada, el equipo de investigación produjo nanopartículas con distintos tamaños de poros. Entonces, decidieron probar si funcionaban y si no eran tóxicas para las células.
Estrategia pluripotente
El objetivo ideal que se plantearon fue encontrar una estrategia simple y universal, es decir, que las nanopartículas funcionaran en cualquier tipo celular. En el camino hacia esa utopía, las células madre embrionarias eran un blanco atractivo. Porque son pluripotentes: tienen la capacidad de generar las diferentes células especializadas que componen un organismo (desde una neurona hasta un glóbulo rojo).
A comienzos de este siglo, a partir del conflicto ético que suscita el uso de embriones, se logró generar células pluripotentes a partir de células especializadas. Para este procedimiento suelen usarse fibroblastos, que son células que pueden obtenerse fácilmente mediante una biopsia de piel.
Fue así que decidieron probar si las nanopartículas que habían fabricado podían descargar su contenido tanto en fibroblastos como en células madre embrionarias de ratón.
“Son dos tipos celulares de mucho interés en el campo de los estudios con células madre porque son modelos utilizados para estudiar los procesos de reprogramación y de diferenciación hacia tipos celulares de interés, lo que presenta un enorme potencial para terapias regenerativas”, señala Alejandra Guberman, investigadora del CONICET y directora del Laboratorio de Regulación de la Expresión Génica en Células Madre de Exactas UBA.
“Las nanopartículas que fabricamos mediante esta estrategia simple ingresan a las células y liberan su contenido de manera controlada”.
Actualmente hay varios ensayos clínicos en marcha, todavía experimentales, dirigidos a regenerar tejidos dañados en enfermedades como el Parkinson, la degeneración macular, la diabetes o la insuficiencia cardíaca, entre otras. Son estudios que utilizan células obtenidas a partir de células madre.
En cualquier caso, los protocolos utilizados para obtener células madre a partir de fibroblastos, o para obtener células especializadas a partir de células madre, todavía son ineficientes.
“Son procedimientos muy delicados que se realizan en cultivos celulares en los que hay que entregarles a las células ciertas sustancias en momentos muy precisos. De ahí nuestro interés en probar las nanopartículas en células madre y en fibroblastos”, explica Guberman, y consigna: “Nuestros experimentos demuestran que las nanopartículas que fabricamos mediante esta estrategia simple ingresan a las células y liberan su contenido de manera controlada en las células madre embrionarias y en los fibroblastos. También demostramos que las partículas no son tóxicas para las células”.
Guberman aclara que se trata de una prueba de concepto que permite confirmar la viabilidad del método, e hipotetiza: “Las células pluripotentes son bastante sensibles, así que si las partículas funcionaron en este modelo es probable que puedan funcionar en otros tipos celulares también”.
Quizás, el ideal de encontrar una estrategia más simple y universal no sea tan utópico.
El trabajo fue financiado con fondos de la UBA y del CONICET y los resultados fueron publicados en la revista científica Journal of Biotechnology con la firma de Camila Vazquez Echegaray, Brianne Salvati, Sophie Dulhoste Vivien, Marcos Gabriel Francia, Claudia M. Solari, María Soledad Cosentino, Alejandra Guberman y Mercedes Perullini.
