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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