Pulmonary surfactant and drug delivery

Resumen

Las vías aéreas se proponen como una de las vías con mayor potencial para la administración de fármacos, tanto para tratamientos locales como periféricos. Su gran superficie (100 m2 aprox.), el fino epitelio alveolar que lo recubre, la permeabilidad de sus membranas y su alta vascularización favorecen la absorción de moléculas. Sin embargo, durante su evolución el sistema respiratorio ha desarrollado diversas barreras para evitar el acceso de sustancias y microorganismos nocivos. Por tanto, resulta esencial investigar cómo sobrepasar estas barreras y evaluar la posibilidad paradójica de usarlas para transportar fármacos. En esta línea, el surfactante pulmonar, un material anfipático localizado en la interfase aire-líquido respiratoria, históricamente considerado una barrera y esencial para el proceso de respiración, se propone como una herramienta eficaz para vehiculizar nuevos agentes terapéuticos. Aprovechando las características interfaciales únicas del surfactante pulmonar (adsorción a la interfase aire-líquido y difusión rápida a lo largo de ella), el objetivo principal de esta Tesis es explorar el potencial de este sistema para vehiculizar diferentes agentes terapéuticos a través de las vías aéreas y establecer las bases de una estrategia terapéutica menos invasiva, la terapia interfacial. Para ello, se han estudiado las capacidades vehiculizadoras del surfactante pulmonar en modelos in vitro e in vivo. Combinando diferentes técnicas biofísicas con espectroscopía de fluorescencia y microscopía de fluorescencia o de fuerzas atómicas (AFM), se ha evaluado por primera vez in vitro la viabilidad de esta nueva estrategia de vehiculización. Para realizar los experimentos de vehiculización se ha diseñado una interfase respiratoria in vitro a partir de balanzas de Wilhelmy y Langmuir-Blodgett, conectadas entre sí por puentes interfaciales. Se ha podido evaluar cómo se comporta y cómo viaja el surfactante pulmonar a lo largo de la interfase aire-líquido, qué pasa si comparte el viaje interfacial con otros pasajeros (fármacos) y si éstos son excluidos de la interfase durante los ciclos de compresión y expansión. Los resultados demostraron que diferentes fármacos (corticosteroides y tacrolimus) pueden ser incorporados y transportados en los complejos del surfactante sin alterar sus propiedades interfaciales. Además, los ciclos de compresión y expansión favorecen el viaje interfacial y la vehiculización, promueven la adsorción de nuevo material y facilitan la liberación del fármaco de la interfase. Para poder transferir adecuadamente este conocimiento a la clínica, es necesario realizar experimentos adicionales teniendo en cuanta el contexto nativo que las moléculas de interés encontrarán en los pulmones. Utilizando modelos de ALI (del inglés, Acute Lung Injury) inducido por LPS, se ha evaluado la distribución y efectos antinflamatorios sinérgicos, así como el tipo de células capaces de internalizar el tacrolimus. Los experimentos confirmaron que la terapia combinada de surfactante y fármaco mejoraba enormemente sus efectos antinflamatorios, previniendo el edema pulmonar y reduciendo la infiltración de células proinflamatorias en los espacios alveolares. Además, la presencia de surfactante pulmonar promovía la internalización de tacrolimus por macrófagos en el espacio alveolar. En definitiva, en esta Tesis Doctoral se han establecido las bases de una estrategia de vehiculización de fármacos nueva y menos invasiva cuya diana puede ser no solo el sistema respiratorio, sino a través de éste, el resto del organismo. Los surfactantes clínicos actuales u otros sintetizados ad hoc podrían ser la base de nuevos adyuvantes ideales para vehiculizar diferentes agentes terapéuticos (fármacos antiinflamatorios, antibióticos, anticuerpos, etc.) a lo largo de la superficie respiratoria y ayudarlos a alcanzar regiones más profundas y distales del pulmón, incluyendo los alveolos, donde puedan ejercer una mejor y más eficiente acción terapéutica.