Desarrollo de nanoestructuras magnetopoliméricas con potencial aplicación en teranosis antitumoral

Resumen

El trabajo de investigación que constituye esta Tesis Doctoral tiene como objetivo el diseño, optimización y desarrollo de un sistema en la escala nanométrica con potencial aplicación en Biomedicina, concretamente en el diagnóstico y tratamiento del cáncer. El tratamiento actual de tumores sólidos y su diagnóstico temprano están ligeramente limitados, y la Ciencia que aporta soluciones a estos problemas es la Nanotecnología. En este contexto, se ha diseñado, optimizado y desarrollado de manera reproducible una nanoestructura híbrida ((inorgánica/orgánica)/orgánica) compuesta por núcleos magnéticos (maghemita) embebidos en una matriz polimérica (poli(D,L-lactida-co-glicolida) recubierta por un polímero hidrófilo y mucoadhesivo (quitosano). Concretamente, las nanopartículas (maghemita/poli(D,L-lactida-coglicolida))/ quitosano (core/shell)/shell (y las respectivas nanoestructuras básicas de referencia) han sido sometidas a una extensa caracterización, que incluye tamaño, propiedades eléctricas y termodinámicas superficiales, composición química y estructura cristalina y elemental, y propiedades magnéticas. La optimización de los procedimientos de formulación de las nanopartículas garantizó unas adecuadas características físicas, químicas y fisicoquímicas, que repercutieron en su estabilidad coloidal, biocompatibilidad, toxicidad, y en sus capacidades como agentes de contraste T2 en resonancia magnética de imagen y agentes terapéuticos (quimioterapia dirigida e hipertermia magnética antitumoral). Estudios experimentales realizados confirmaron la inclusión de los núcleos de maghemita en la matriz de poli(D,L-lactida-co-glicolida y el recubrimiento de estas nanoestructuras maghemita/poli(D,L-lactida-co-glicolida (core/shell) por quitosano (tamaño medio ≈ 330 nm, rendimiento ≈ 50%). Se realizaron determinaciones de tamaño y propiedades electrocinéticas que probaron una adecuada estabilidad a corto plazo del coloide, mientras que su adecuado magnetismo se demostró in vitro obteniendo el ciclo de histéresis de las nanoestructuras y visualizando su comportamiento microscópico y macroscópico frente a un campo magnético de 0.4T. El análisis de seguridad y biocompatibilidad de las nanopartículas se basó en estudios in vitro de hemocompatibilidad, estudios de citotoxicidad en las líneas de fibroblastos HFF-1 y CCD-18, y de células de adenocarcinoma de colon T-84; y en estudios ex vivo de toxicidad en muestras de tejido de ratones Balb/c. Las nanopartículas (maghemita/poli(D,L-lactida-co-glicolida))/quitosano contaron con valores de relajatividades transversales comparables a las de algunos agentes de contraste basados en óxidos de hierro, pudiendo ser adecuados agentes de contraste T2 en resonancia magnética de imagen. El procedimiento de incorporación del antitumoral cisplatino en la matriz de poli(D,L-lactida-coglicolida de las nanopartículas generó adecuados valores de carga (≈15%), y se comprobó que las nanopartículas presentaban unos perfiles de liberación de fármaco que respondían a cambios en el pH y a la temperatura (hipertermia): ≈ 4.7 veces más rápido a pH 5.0 y 45 °C en comparación con pH 7.4 y 37 °C. La concentración inhibitoria media (IC50) de las nanopartículas cargadas con cisplatino fue ≈ 1.6 veces menor que la característica de este antitumoral en células tumorales A- 549 de adenocarcinoma de pulmón. Por otro lado, se evaluó la capacidad para generar calor de las nanopartículas (maghemita/poli(D,L-lactida-co-glicolida))/quitosano cuando estas eran expuestas a un gradiente electromagnético alterno. Se comprobó como una dispersión acuosa de estas partículas alcanzaba una temperatura máxima constante de ≈ 46°C en menos de 50 min. Ante estos resultados, se realizaron tests de hipertermia antitumoral en la línea celular T-84 de adenocarcinoma de colon humano, observándose una importante reducción en la viabilidad celular (hasta≈ 39%) si se trataban con este coloide de partículas (core/shell)/shell y se empleaba este campo electromagnético. Finalmente, los resultados obtenidos en ensayos de resonancia magnética de imagen in vivo y en estudios histológicos ex vivo de determinaciones de depósitos de hierro permiten postular la eficacia del recubrimiento final de las nanopartículas con quitosano en la obtención de nanoestructuras con propiedades de circulación extendida (long circulating nanoparticles), que retardan el reconocimiento por el sistema fagocítico mononuclear. A la vista de los resultados obtenidos en este proyecto de investigación puede concluirse que se ha desarrollado una nanoplataforma (maghemita/poli(D,L-lactida-co-glicolida))/quitosano biocompatible y con propiedades de circulación extendida. Estas nanopartículas (core/shell)/shell presentan prometedoras aplicaciones teranósticas frente al cáncer. En concreto, la nanoestructura magnetopolimérica ha probado una más que adecuada capacidad para el transporte sensible a estímulos de fármacos antitumorales (magnetismo, pH y temperatura), la hipertermia magnética antitumoral, y para su uso en imagen biomédica (agentes de contraste T2 en resonancia magnética de imagen).