De todos los campos en los que la nanotecnología está teniendo impacto, la administración de fármacos es quizás el más revolucionado por estas tecnologías diminutas. La administración de fármacos ha sido tradicionalmente un desafío complejo, a menudo obstaculizado por la limitada solubilidad, estabilidad y biodisponibilidad de los agentes terapéuticos. Los sistemas de administración de fármacos (DDS, por sus siglas en inglés) a nanoescala han surgido como un avance importante en la ciencia farmacéutica al ofrecer una gama dinámica de soluciones para tratar algunas de las afecciones más graves que afectan a la salud humana en la actualidad.
¿Por qué son tan valiosas las nanopartículas para los DDS? Su elevada relación superficie-volumen y su capacidad de ajuste químico y geométrico son factores clave. Su tamaño también desempeña un papel importante: las estructuras a nanoescala permanecen en el torrente sanguíneo durante largos periodos de tiempo, lo que permite la liberación sostenida de los fármacos incorporados. Los DDS a nanoescala también pueden penetrar mejor en los tejidos que las moléculas más grandes, facilitando así la absorción de fármacos por parte de las células y garantizando su actividad en el lugar objetivo. Esta eficiencia reduce los efectos secundarios.
Hemos analizado la CAS Content CollectionTM, el mayor repositorio de información científica seleccionada, para comprender mejor las tendencias actuales de investigación en DDS a nanoescala y cómo se utilizan estos sistemas para tratar diversas enfermedades. El interés por los nano-DDS se ha disparado en los últimos años, superando a las publicaciones en otros campos de la nanotecnología (véase la Figura 1).
Nuestro análisis demuestra que muchas formas y materiales nanotecnológicos están avanzando como tratamientos para diferentes afecciones. Las publicaciones de patentes aún no han alcanzado a las publicaciones en revistas científicas, lo que sugiere que la transición al uso clínico apenas está comenzando. Sin embargo, el futuro de los nano-DDS parece prometedor.
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Enfermedades objetivo y nano-DDS
La nanotecnología en medicina ha evolucionado a un ritmo acelerado. Una enorme cantidad de investigaciones en los últimos años ha reportado aplicaciones diagnósticas y terapéuticas de la nanotecnología, algunas de las cuales han alcanzado ensayos clínicos avanzados e incluso su aprobación. La CAS Content Collection revela la amplitud de las afecciones y trastornos a los que se puede aplicar la nanotecnología (véase la Figura 2).
Algunas de las afecciones más importantes abordadas en investigaciones recientes incluyen:
Cáncer
Uno de los usos más prometedores de los nano-DDS es atacar las células cancerosas, ya que los nanotransportadores pueden atacar los tumores con grandes dosis de un fármaco determinado. Esto aumenta la eficacia a la vez que protege a las células normales de una toxicidad excesiva y de los efectos secundarios resultantes para los pacientes.
Los nano-DDS pueden atacar las células cancerosas de forma pasiva aprovechando la mayor permeabilidad vascular y el debilitamiento del drenaje linfático de las células cancerosas, o pueden hacerlo de forma activa mediante la interacción entre ligandos y receptores celulares. Las nanopartículas también pueden utilizarse para inducir hipertermia terapéutica o calentamiento localizado dentro de los tumores. La hipertermia puede ser impulsada por radiación láser o por un campo magnético aplicado; las nanopartículas magnéticas también actúan como mediadores de calentamiento.
Las nanopartículas de metales nobles, que poseen propiedades ópticas únicas, se han utilizado para tratamientos innovadores contra el cáncer basados en la luz. Las nanopartículas inorgánicas tienen múltiples aplicaciones en el tratamiento del cáncer. Las nanopartículas de óxido de hierro, por ejemplo, pueden utilizarse como agentes de contraste para resonancias magnéticas, permitiendo así rastrear la migración de las células inmunitarias. Se sabe que las nanopartículas de plata mejoran los efectos de los fármacos contra el cáncer en terapias combinadas, lo que permite reducir las dosis para disminuir los efectos citotóxicos. Los nanotubos de carbono también se han utilizado como nanotransportadores para fármacos contra el cáncer, pero los investigadores aún están explorando cómo garantizar su seguridad y biodegradabilidad.
Los exosomas están despertando un interés creciente para los tratamientos de inmunoterapia contra el cáncer. Ya sean derivados de tumores, que componen antígenos asociados a tumores, o derivados de células dendríticas que presentan antígenos, los exosomas pueden activar la respuesta inmunitaria y utilizarse en el desarrollo de vacunas contra el cáncer.
Trastornos genéticos
Las terapias basadas en genes deben atravesar múltiples barreras biológicas evitando al mismo tiempo su degradación. Las nanopartículas son especialmente adecuadas para estas aplicaciones. Varias nanoestructuras, incluidos los nanotransportadores lipídicos, poliméricos y diversos inorgánicos, pueden incorporar ciertos materiales genéticos, como ADN plasmídico, ARNm y ARNip. Una de las aplicaciones más importantes de la administración de genes basada en nanotecnología es el uso de nanopartículas en vacunas de base genética.
Las nanopartículas basadas en lípidos son una subsección importante de la investigación en nano-DDS (véase la Figura 3). Una gran ventaja de estas como transportadores de fármacos es que la mayoría de sus componentes son lípidos fisiológicos y excipientes generalmente reconocidos como seguros (GRAS, por sus siglas en inglés). Esto los hace superiores a otros sistemas de administración de fármacos a nanoescala a la hora de minimizar la toxicidad sistémica. Su elegancia reside en su capacidad para superar algunos de los desafíos más urgentes en la administración de fármacos: mejorar la solubilidad de fármacos poco solubles en agua, proteger compuestos lábiles de la degradación y atacar con precisión los lugares de la enfermedad dentro del cuerpo.
Enfermedades autoinmunes
Los tratamientos actuales para las enfermedades autoinmunes consisten en fármacos antiinflamatorios o inmunosupresores inespecíficos de amplio espectro. Aunque pueden aliviar los síntomas clínicos, no atacan las causas subyacentes de estas afecciones y pueden provocar efectos secundarios graves al suprimir el sistema inmunitario del organismo.
Sin embargo, la administración de fármacos mediante nanotransportadores puede aumentar la eficacia en la inducción de tolerancia específica al antígeno in vivo. Esta estrategia puede utilizarse para tratar la artritis reumatoide, la esclerosis múltiple y el lupus, y podría desempeñar un papel importante en la prevención del rechazo de órganos trasplantados por parte del sistema inmunitario.
Afecciones inflamatorias
La inflamación es una característica común de muchas enfermedades y, en algunos casos, puede llegar a contribuir a la patogenia de la enfermedad. Abordar la inflamación mediante nanomedicamentos, ya sea mediante la detección de moléculas sobreexpresadas en la superficie de macrófagos activados o células endoteliales, o bien mediante una mayor permeabilidad de los vasos sanguíneos, ofrece una solución prometedora para el tratamiento de enfermedades inflamatorias. Se han desarrollado o se están desarrollando diversos tipos de nanotransportadores para el control de la inflamación, como liposomas, nanopartículas poliméricas, micelas, dendrímeros y formulaciones basadas en hidrogeles.
Enfermedades infecciosas
Los DDS a nanoescala muestran potencial en el tratamiento de numerosas infecciones virales y bacterianas, ya que ofrecen regímenes de tratamiento sencillos con una menor frecuencia de dosificación. Por ejemplo, las nanopartículas inyectables que contienen fármacos antirretrovirales son un método de tratamiento novedoso para administrar medicación a pacientes con VIH. Este método de administración reduce la frecuencia de las dosis para los pacientes y podría ser incluso útil como medida preventiva.
Los nanotransportadores también pueden utilizarse como mecanismos de administración de vacunas, en particular las nanopartículas lipídicas y las nanoemulsiones. Las nanopartículas lipídicas catiónicas se utilizaron con éxito en las recientes vacunas de ARNm contra la COVID-19. Las nanoemulsiones son vehículos prometedores para la administración de fármacos hidrofóbicos y podrían suponer avances importantes como adyuvantes para vacunas. Las infecciones bacterianas también pueden tratarse con DDS a nanoescala, incluidas las causadas por bacterias resistentes a los antibióticos. Como método de administración novedoso, los DDS a nanoescala pueden dirigirse a las bacterias y administrar altas dosis de antibióticos. Se ha descubierto que la readaptación de clases conocidas de antibióticos en DDS a nanoescala permite superar los mecanismos de resistencia, lo que podría marcar un progreso significativo en el tratamiento de infecciones multirresistentes.
Desafíos y perspectivas futuras de los DDS a nanoescala
Sin embargo, los DDS a nanoescala no están exentos de desafíos. Los investigadores trabajan para comprender los riesgos de toxicidad y las preocupaciones sobre la seguridad a largo plazo. Aumentar la escala de producción y completar con éxito los ensayos clínicos son también factores importantes para lograr que estos tratamientos se utilicen ampliamente en la práctica clínica.
A pesar de estos obstáculos, los DDS a nanoescala ofrecen la oportunidad de hacer que la medicina sea más precisa y personalizada. Como muestra nuestro análisis, la investigación ya ha logrado avances significativos en la materialización de los numerosos beneficios de los DDS a nanoescala y, con la innovación continua, estos tratamientos microscópicos pueden superar problemas persistentes en la administración de fármacos, señalando nuevos avances para los pacientes.
Para obtener más información sobre cómo las innovaciones en nanotecnología están impulsando otros campos, como la energía, la electrónica y la atención sanitaria, explore nuestro reciente informe de CAS Insights.
