Uso de glucosa para impulsar la administración de fármacos al cerebro

Un equipo de científicos dirigido por UCL ha desarrollado y probado un nuevo sistema de administración de fármacos que navega de forma autónoma por el cuerpo utilizando sus propias moléculas de glucosa.

El estudio, publicado hoy en  Science Advances  y financiado por el Consejo Europeo de Investigación, demuestra un nuevo sistema de propulsión y guía para dirigir la administración de fármacos al cerebro. Se basa en la ‘quimiotaxis’ mediante la cual los organismos se mueven naturalmente hacia o desde sustancias químicas específicas.

El sistema, probado en ratas, administró con éxito fármacos a través de la barrera hematoencefálica, que es impermeable a muchas sustancias, lo que dificulta el tratamiento del cerebro. Los científicos dicen que podría adaptarse para administrar medicamentos a otras áreas del cuerpo utilizando otras moléculas en el cuerpo.

“Hicimos partículas diminutas que pueden transportar moléculas de fármacos en el compartimento principal, pero cada una tiene un saco separado que se asienta en el exterior de la partícula y contiene enzimas que utilizan la glucosa como combustible para impulsar el movimiento”, explicó el autor principal, el profesor Giuseppe Battaglia ( Química UCL e Ingeniería Química UCL).

“La glucosa está presente en todo el cuerpo, pero el cerebro tiene concentraciones especialmente altas. Estos diminutos transportadores de drogas se desplazan hacia zonas donde hay altos niveles de glucosa, transformándola en combustible para su propia propulsión. Esto, a su vez, les permite concentrarse en la barrera hematoencefálica, mejorando su cruce hacia el cerebro”.

Los portadores están hechos de materiales biocompatibles, por lo que no provocan una respuesta inflamatoria del cuerpo. Su movimiento en combinación con el flujo sanguíneo y la arquitectura del tejido les permite acceder directamente a casi todos los sitios del cuerpo humano a través de los vasos sanguíneos.

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Los sistemas actuales de administración de fármacos utilizan partículas transportadoras con una estructura básica similar, pero debido a que su movimiento no está impulsado, la gran mayoría se acumula en el centro de los vasos sanguíneos. Por el contrario, los nuevos transportadores pueden escapar del flujo sanguíneo y acumularse en la pared del vaso en presencia de un gradiente de glucosa. Esto aumenta la probabilidad de interactuar con la maquinaria natural que permite el acceso al cerebro aumentando considerablemente el cruce hacia su interior.

“Esta es la primera demostración del uso de la quimiotaxis para administrar fármacos al cerebro  in vivo . Nuestro enfoque supera a los métodos actuales al trabajar en una distancia más larga y administrar más medicamentos al tejido objetivo. Tiene el potencial de reducir el volumen de material utilizado y reducir la cantidad de efectos secundarios experimentados”, dijo el Dr. Giorgio Volpe (Química de UCL).

transportador

Los portadores están hechos de dos tipos de polímeros que se autoensamblan en esferas asimétricas y se descubrió que esta irregularidad en la forma era importante para impulsar la autopropulsión. El equipo mapeó el movimiento de los transportadores simétricos y asimétricos en presencia de gradientes de glucosa y descubrió que mientras los transportadores simétricos se difunden aleatoriamente, los transportadores asimétricos se mueven hacia la fuente de glucosa.

Se realizaron pruebas para comprender la importancia de usar moléculas para atacar tejidos cerebrales específicos, así como el impacto de la forma y las enzimas para impulsar el movimiento. Para esto, los transportadores asimétricos y simétricos se recubrieron con una molécula llamada LRP-1 dirigida al péptido Angiopep-2 (LA) y se administraron a los cerebros de las ratas a través del torrente sanguíneo con o sin enzimas frente a los controles.

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Los portadores que tenían una forma asimétrica, recubiertos con LA y administrados mediante el mecanismo impulsado por enzimas se desempeñaron mejor, administrando ~25 % de la dosis inyectada a los tejidos cerebrales.

Los transportadores asimétricos con recubrimiento LA, pero sin enzimas para potenciar el movimiento, administraron ~7 % de la dosis inyectada y los transportadores simétricos con recubrimiento LA y enzimas administraron ~5 % de la dosis inyectada.

“Nuestros resultados muestran la importancia de utilizar una partícula transportadora con una forma irregular, propulsión alimentada por enzima-glucosa y un revestimiento de molécula selectiva para dirigirse a los tejidos del cerebro. Creemos que nuestro sistema es realmente flexible, ya que podría usarse para transportar cualquier fármaco y con cualquier enzima para impulsar el movimiento utilizando moléculas que se encuentran en el cuerpo”, concluyó el Dr. Denis Cecchin, coautor del estudio.

El equipo ahora está trabajando en el desarrollo del sistema para su uso en humanos, con el objetivo de desarrollar tratamientos dirigidos para el cáncer cerebral.

Imágenes

  • Histologías de inmunofluorescencia de secciones de hipocampo de rata de animales tratados con portadores asimétricos recubiertos con LA (crédito: Joseph  et al )
  • Una figura que muestra cómo se fabrican los portabebés asimétricos (crédito: Joseph  et al )

Contacto con los medios

Bex Caygill

Teléfono: +44 (0)20 3108 3846

Correo electrónico: r.caygill [arroba] ucl.ac.uk

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