Diseño, síntesis y evaluación de nuevos nanosistemas para su aplicación en biomedicina

Resumen

La presente Tesis se enmarca dentro de los avances que aporta la nanomedicina tanto en terapia y prevención como en diagnóstico de diversas patologías. En concreto, se centra en la síntesis y desarrollo de nuevos nanosistemas basados en nanopartículas de sílice mesoporosa (MSNs) para su aplicación en dos enfermedades de gran prevalencia, como son la tuberculosis y el cáncer. La tuberculosis sigue siendo hoy en día un problema de salud a nivel mundial debido a la falta de una vacuna efectiva y a la aparición de nuevas cepas de Mycobacterium tuberculosis (Mtb) resistentes a los tratamientos actuales. En consecuencia, el primer objetivo es el desarrollo de nanovacunas preventivas basadas en MSNs, las cuales son capaces de transportar proteínas inmunomoduladoras, y de nuevos nanosistemas con potencial capacidad bactericida frente a Mtb, responsable de dicha enfermedad, como alternativa terapéutica. Por otro lado, el cáncer es una de las primeras causas de mortalidad en el mundo y, a pesar de los avances obtenidos en su diagnóstico, prevención y tratamiento, hoy en día sigue siendo necesario el desarrollo de nuevas terapias capaces de detener el crecimiento tumoral y de minimizar los efectos secundarios. En base a esto, el siguiente objetivo es, por una parte, la evaluación en profundidad del potencial citotóxico y de los mecanismos biomoleculares implicados en el efecto inducido por exposición a nanopartículas de dióxido de titanio, propuestas inicialmente como terapia antitumoral, y por la otra, el desarrollo de nanotransportadores de agentes terapéuticos selectivos hacia células cancerígenas como alternativa biocompatible. Estos nanosistemas se basan en la incorporación de transferrina (Tf) para el transporte activo y de nanopartículas de plata (AgNPs) como agente terapéutico. En primer lugar, se han sintetizado materiales basados en MSNs con estructura MCM-41 capaces de soportar nanopartículas de Ag y AgBr para su aplicación como agentes antibacterianos frente a Mtb. Se ha evaluado la concentración mínima inhibitoria, así como los cambios morfológicos producidos en la bacteria mediante microscopía. Por otro lado, la funcionalización de las MSNs con proteínas inmunomoduladoras ha permitido la elaboración de nuevos candidatos a vacunas preventivas. Se ha confirmado la capacidad de activación del sistema inmune tanto en la ruta proinflamatoria como antiinflamatoria por los nanosistemas propuestos. En segundo lugar, dentro del campo del cáncer, se ha demostrado que las nanopartículas de dióxido de titanio provocan una reducción de la viabilidad celular mediante un arresto del ciclo celular, pero sin incremento de la muerte celular. El análisis proteómico de expresión diferencial mediante la estrategia SILAC ha permitido identificar alteraciones en proteínas importantes en procesos de endocitosis de partículas, regulación del ciclo celular y respuesta a estrés. A su vez, se ha demostrado la desregulación de algunos receptores de membrana como el EGFR, el cual se encuentra implicado en diferentes rutas de señalización, así como la inhibición de varias proteínas implicadas en procesos de reparación de heridas. Por otro lado, se ha demostrado una reducción de la viabilidad de las células cancerosas asociada a una internalización selectiva del nanosistema MSNs-Tf-AgNPs, desarrollado como terapia alternativa. A su vez, se ha observado la localización intracelular de los nanosistemas mediante microscopia electrónica. Y el potencial antitumoral de los mismos se ha evaluado en profundidad mediante un análisis proteómico mediante SILAC y posterior validación mediante RT-qPCR, de tal forma que se ha encontrado una desregulación de proteínas implicadas en el control de la proliferación y ciclo celular, así como en invasión y metástasis. Los resultados obtenidos mediante esta estrategia han permitido conocer en mayor detalle los mecanismos moleculares afectados, confirmando así la capacidad del nanosistema como agente antitumoral.