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Nueva información del porqué la mayoría de nanopartículas no es capaz de atravesar barreras biológicas

Las barreras biológicas desarrolladas por el organismo evolucionaron para protegerlo de infecciones y parásitos. Sin embargo, también filtran muchas de las nanopartículas terapéuticas que podrían ofrecer tratamientos eficaces. Conocer las razones de esta situación es básico para el desarrollo una nueva generación de fármacos.
Nueva información del porqué la mayoría de nanopartículas no es capaz de atravesar barreras biológicas
Para que las terapias avanzadas o dirigidas logren su cometido es necesario contar con la capacidad de atravesar varias barreras biológicas. Cada tipo de barrera ofrece distintos niveles de dificultad, por ejemplo, la más complicada es la barrera hematoencefálica, todo un obstáculo al logro de terapias verdaderamente eficaces para el encéfalo. Otras barreras como la intestinal o la pulmonar también ofrecen resistencia, pero en menor medida. Muchos estudios, tanto del ámbito académico como del industrial, han adoptado un método de ensayo y error para conocer por qué algunas nanopartículas quedan completamente bloqueadas.

El proyecto financiado con fondos europeos PathChooser (Innovative, mechanistic-based strategies for delivery of therapeutic macromolecules across cellular and biological barriers) adoptó una estrategia distinta. «Nuestra intención fue desentrañar qué procesos impiden el transporte a través de la barrera y qué mecanismos podrían facilitar dicho transporte», explica el profesor Kenneth Dawson, director del Centro de Interacciones Bionanométricas del University College de Dublín y coordinador del proyecto.

El profesor explica que procesos celulares como la transcitosis y la endocitosis permiten cruzar las barreras en algunos casos y evitar dicho paso en otros. «Desde hace muchos años, se sabe que unas pocas partículas pueden cruzar barreras "in vivo" como la hematoencefálica y nuestra misión fue facilitar un mejor diseño de nanopartículas que ejerzan como transportadoras de fármacos para aumentar la probabilidad de que crucen intactas».

Ingeniería inversa en lugar de ensayo y error

Para posibilitar un mejor diseño de los transportadores de fármacos, el proyecto quiso establecer por qué estos procesos y su interacción con las nanopartículas fomentan o bloquean el movimiento a través de estas barreras.

El equipo del proyecto trabajó de atrás hacia delante para abordar el problema desde un punto de vista distinto. Su trabajo generó grupos grandes de nanopartículas fáciles de seguir mientras atraviesan una barrera. El equipo se propuso regenerar las células que componen la barrera y comprobó qué nanopartículas podrían cruzar una barrera concreta.

«Utilizamos muchas barreras previas de la comunidad investigadora y generamos algunas nosotros mismos. Con estos modelos, estudiamos los mecanismos implicados en la forma en que cruzan las partículas y qué impide que algunas lo hagan», declara el profesor Dawson.

El equipo descubrió así que cada vez quedaban menos candidatos con alguna capacidad para cruzar una barrera. PathChooser estudió estas partículas más en profundidad para descubrir los aspectos fundamentales de las nanopartículas que activan las rutas utilizadas para cruzar.

Mejor comprensión de los mecanismos que rigen la penetración de las barreras

El proyecto estableció que las moléculas en la superficie de las nanopartículas podrían prevenir y evitar el cruce. «En realidad, podemos observar que estas partículas son endocitadas, absorbidas y, a continuación, alejadas para su degradación al considerarse "ajenas". Esto nos ha permitido centrarnos mejor en la necesidad de diseñar la superficie de la nanopartícula con mucho cuidado».

El proyecto PathChooser ofreció información valiosa sobre cómo la organización de las superficies de las biomoléculas influye en los mecanismos de cruce de las barreras. «Logramos registrar los métodos comunes de organización de superficies que impedían atravesar la barrera», explica.

Al comienzo del proyecto, los investigadores no tenían claro por qué algunas nanopartículas no podrían atravesar la barrera. Gracias al trabajo realizado, ahora se cuenta con métodos relativamente sencillos para descartar grandes cantidades de candidatos que se sabe que no cruzarán debido a los criterios de diseño de su superficie.

«Ya no estamos tan desalentados como tanta gente en este campo, porque empezamos a sentir que existen métodos más sistemáticos de abordar este problema», indica el profesor Dawson.

Un trabajo para crear fármacos mejores

A largo plazo, PathChooser debería influir en el desarrollo de medicamentos más eficaces y fáciles de utilizar para afecciones como la diabetes y para algunas de las enfermedades que ahora resulta enormemente complicado tratar, como los glioblastomas, cuya dificultad de tratamiento radica en la propia dificultad de acceder al encéfalo.

«Esperamos que el conocimiento generado sobre la relación entre el diseño de nanopartículas y su eficacia reduzca considerablemente la ineficacia de los ciclos de diseño de fármacos». El impacto en los costes de investigación y desarrollo que tendría un aumento de la eficacia en el diseño de fármacos nanomoleculares podría dar paso a la creación de un nuevo tipo de medicamentos.

«El resultado principal de nuestra investigación es un conocimiento más detallado de qué impide atravesar una barrera y cuáles son las rutas de acceso principales», concluye el profesor Dawson.

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Palabras clave

PathChooser, nanomedicina, nanomoléculas, barreras biológicas, medicina, fármacos dirigidos
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