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Nanocápsulas «3-en-1» por imagen biomédica in vivo

Un grupo de investigación interdisciplinario sintetiza nanocápsulas para la liberación de fármacos con tres agentes de contraste para ser utilizadas en tres técnicas de imagen biomédica y así estudiar su biodistribución.
La aproximación utilizada es modular y permite incluir los agentes de contraste de manera conjunta o separada a las nanocápsulas sin afectar su tamaño o forma ni interferir con el agente terapéutico encapsulado.
El estudio está co-liderado por investigadoras del VHIR y del ICMAB-CSIC, y forma parte de un proyecto europeo para preparar nanomateriales biodegradables, biocompatibles y seguros, por imagen biomédica y reparación cerebral tras un ictus.

Figura: Nanocápsula con los tres agentes de contraste en la cubierta y el agente terapéutico en el interior. (Fuente: ICMAB)La nanomedicina está, en gran medida, centrada en el diseño de nanosistemas como herramientas de diagnóstico y terapia (teragnosi), es decir, nanomateriales que permitan identificar una patología mediante técnicas de imagen biomédica, y liberen agentes terapéuticos de manera controlada para su tratamiento.

Un grupo de investigación del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC) y del Vall d’Hebron Instituto de Investigación (VHIR), en colaboración con el CICbiomaGUNE (País Vasco) y la Universidad de Artois ( Francia), han desarrollado unas nanocápsulas que se pueden administrar
por vía intravenosa y visualizar su biodistribución in vivo mediante tres técnicas diferentes de imagen médica.

Las nanocápsulas se utilizan para administración de fármacos que o bien son insolubles, o muy sensibles, o están formados por varios componentes. Con las nanocápsulas, también se consigue proteger el fármaco encapsulado de su degradación, inactivación o de la depuración sistémica, y reducir su toxicidad, en su caso. Además, las nanocápsulas permiten la funcionalización o modificación de su superficie, e incorporar agentes de contraste para imagen biomédica, como es el caso de este estudio.

Las técnicas de imagen biomédica estudiadas aquí incluyen la imagen por resonancia magnética (RM), la fluorescencia (azul e infrarrojo cercano) y la tomografía por emisión de positrones (PET). Las tres son herramientas no invasivas de diagnóstico por imagen y de investigación experimental que permiten visualizar donde se encuentran las nanocápsulas en tiempo real en el interior del organismo.

Utilizar más de un agente de contraste para estudiar la biodistribución de un nanofármaco in vivo permite tener información adicional, ya que las tres técnicas de imagen tienen diferentes límites de sensibilidad y de resolución, y se pueden utilizar en diferentes niveles de desarrollo del fármaco, o
para detectar la biodistribución en diferentes tejidos del cuerpo humano.

Las nanocápsulas están hechas de un biopolímero biodegradable y biocompatible, el PLGA (ácido poly (láctico-co-glycolic)), aprobado por la FDA (Administración de Alimentos y Fármacos de Estados Unidos). El estudio confirma que son seguras tanto in vivo como in vitro. Además, la particularidad de las nanocápsulas sintetizadas en este estudio es que se han funcionalizado de forma modular, ya que los tres agentes de contraste se pueden poner y quitar de forma separada o bien simultáneamente. «Este hecho permite que en cada fase de desarrollo del nanofármaco, se pueda utilizar una técnica de imagen diferente para validar los resultados» explica Anna Roig, investigadora que lidera el estudio en el ICMAB.

Estos agentes de contraste se utilizan en las tres técnicas de imagen biomédica, manteniendo el tamaño y la forma de las nanocápsulas, y sin interferencias cruzadas entre ellos ni con el fármaco que se encapsula en la nanocápsulas.

«Un gran reto de la nanomedicina es como hacer una administración local de forma no invasiva de los nanomateriales con una liberación controlada del agente terapéutico, especialmente en tejidos de difícil acceso como es el cerebro. Para ello, tener nuevas formulaciones biocompatibles que permitan hacer un seguimiento a nivel de neuroimagen in vivo son muy necesarios en fases de investigación pre-clínica para valorar el desarrollo de tratamientos específicos «, explica Anna Rosell, investigadora que lidera el estudio en el VHIR.

«Para tener éxito en la translación de los nanomateriales preparados en el laboratorio hacia los ensayos clínicos, debemos sintetizar nanomateriales lo más simples posible para la aplicación final. Por eso es interesante la estrategia modular que presentamos, donde ni la morfología ni el tamaño del nanofármaco se ven modificados al agregar o quitar agentes de contraste en la nanocápsulas» afirma Anna Roig.

El estudio está liderado por Anna Rosell, Jefe del Grupo de Investigación en Enfermedades Neurovasculares del VHIR, y por Anna Roig, Profesora de Investigación del ICMAB-CSIC en el Grupo de Nanopartículas y Nanocomposites. Las dos investigadoras participan en el proyecto europeo MAGBBRIS dedicado a investigar «Nuevos biomateriales magnéticos para reparación cerebral e imagen biomédica tras un ictus» (coordinado por Rosell). Este estudio, publicado ahora en la revista Nanoscale, está enmarcado en este proyecto, y es el primer paso antes de probar la eficiencia de las nanocápsulas en terapias reparadoras tras un ictus.


Artículo de referencia: PLGA protein nanocarrier with tailor-made fluorescence/MRI/PET imaging modalities Yajie Zhang, Miguel García-Gabilondo, Alba Grayston, Irene V. J. Feiner, Irene Anton-Sales, Rodrigo A. Loiola, Jordi Llop, Pedro Ramos-Cabrer, Ignasi Barba, David Garcia-Dorado, Fabien Gosselet, Anna Rosell and Anna Roig Nanoscale, 2020, 12, 4988-5002. DOI: 10.1039/C9NR10620K

Fuente: ICMAB

Nanocápsulas de carbono para la radioterapia contra el cáncer

 

Los avances en nanomedicina destinados al tratamiento del cáncer van dirigidos a la producción de agentes terapéuticos cada vez más eficientes, biocompatibles, e inteligentes. Uno de los tratamientos más prometedores incluye el uso de nanopartículas radiactivas, administradas intravenosamente al cuerpo, para hacer frente a los tumores. Ahora, un equipo internacional formado por investigadores del Instituto de Ciencia de Materiales de Barcelona (ICMAB-CSIC) y el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2), otros de centros de investigación y universidades del Reino Unido, Francia, Grecia, Praga e Italia, y una empresa francesa (Cis Bio International), dentro del consorcio del proyecto europeo RADDEL (RADioactivity DELivery), han conseguido preparar nanocápsulas estables que, una vez irradiadas con neutrones, se activan y consiguen unos niveles de radiactividad unas 100 veces mayores que los conseguidos en anteriores estudios, permitiendo reducir la proliferación y crecimiento de los tumores cancerígenos. El estudio se ha publicado este diciembre en la revista ACS Nano.

Alta radioactividad: la clave para parar el crecimiento de los tumores

Esta gran radiación conseguida permite que las nanocápsulas puedan utilizarse para radioterapia contra el cáncer, y no sólo para estudios de imagen biomédica, como hasta ahora. La imagen biomédica requiere una radiactividad más baja, ya que se utiliza para detectar en tiempo real la presencia y posición de las nanocápsulas dentro del organismo. La radioterapia, en cambio, requiere una radiación más alta, ya que permite destruir las células cancerígenas que forman los tumores, de manera localizada. La gran radioactividad conseguida en este estudio, permite, además, que la dosis administrada pueda ser mucho más baja que con otros tratamientos.

Las nanocápsulas se probaron en experimentos in vivo con ratones, y se vio una reducción de algunos de los tumores, y una prevención de su proliferación y reducción del ritmo de crecimiento. «Todavía hay que hacer más estudios para calcular las dosis óptimas y los efectos secundarios, pero los resultados existentes son muy prometedores», explica Gerard Tobías Rossell, investigador del ICMAB-CSIC.

Nanotubos de carbono: impermeables y biocompatibles

Las nanocápsulas son formadas por nanotubos de carbono, es decir, por láminas de grafeno enrolladas y selladas por las puntas. «Estas nanocápsulas son impermeables, ya que la pared de grafeno no permite que los átomos radiactivos que hay en el interior se esparzan por el resto del cuerpo», afirma Tobías.

Los átomos del interior son de samario (cloruro de samario), ya utilizado en hospitales como paliativo para metástasis óseas. Cuando se preparan las nanocápsulas, los átomos no son radiactivos. Sólo después de ser irradiados con neutrones, los isótopos 152, estables, se convierten en isótopos 153, radiactivos, y útiles para el tratamiento contra el cáncer.

Nanocápsulas estables: facilidad de manipulación

El hecho de trabajar con partículas no radiactivas tiene múltiples ventajas: por un lado, permite realizar todo el proceso de llenado de los tubos y posterior procesado en cualquier laboratorio, ya que no se requiere el uso de instalaciones radiactivas. También se reduce la generación de residuos radiactivos y la exposición de estos productos a los investigadores. Además, permite aliviar la limitación de tiempo que impone el uso de elementos radiactivos, ya que estos requieren una manipulación generalmente mucho más rápida. Las nanocápsulas se pueden almacenar sin ningún tipo de requerimiento especial hasta el día de su utilización.

Articulo de referencia: Neutron Activated 153Sm Sealed in Carbon Nanocapsules for in Vivo Imaging and Tumor Radiotherapy. Julie T.-W. Wang, Rebecca Klippstein, Markus Martincic, Elzbieta Pach, Robert Feldman, Martin Šefl, Yves Michel, Daniel Asker, Jane K. Sosabowski, Martin Kalbac, Tatiana Da Ros, Cécilia Ménard-Moyon, Alberto Bianco, Ioanna Kyriakou, Dimitris Emfietzoglou, Jean-Claude Saccavini, Belén Ballesteros, Khuloud T. Al-Jamal*, Gerard Tobias ACS Nano 2019. DOI: 10.1021/acsnano.9b04898

Fuentes: