Preparación y validación de un sistema de liberación controlada para aplicación de carcinoma de pulmón humano

Resumen

El cáncer de pulmón es actualmente una de las enfermedades que más muertes produce y de mayor crecimiento en los últimos años. Además, los tratamientos actuales (cirugía, quimioterapia y radioterapia fundamentalmente) plantea una serie de problemas debido a su, en ocasiones, baja eficacia y efectos secundarios. Así, intentado dar respuesta a esta necesidad, se planteó inicialmente el objetivo de esta investigación. La búsqueda de mejores tratamientos hizo pensar en un direccionamiento pasivo de los fármacos, soportados ambos en un material biocompatible y biodegradable (alginato). El fármaco empleado ha sido uno de los más ampliamente utilizados en tratamientos de quimioterapia (cisplatino) y el reconocedor celular específico ha sido factor de crecimiento epidérmico (EGF). El uso de receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGFR) como diana se debe a que el 85 % de los cánceres de pulmón son debidos a las células no pequeñas (NSCLC) y la mayoría de éstas sobreexpresan EGFR que permitirá la unión selectiva con EGF. El trabajo presentado aborda la síntesis de micropartículas y nanopartículas que actuarán de portador del fármaco y el reconocedor específico. Posteriormente se han desarrollado ensayos in vitro para probar su eficacia y biotoxicidad. En la búsqueda de nuevas vías de aplicación no parenterales de tratamientos quimioterapéuticos en cáncer de pulmón, se planteó el desarrollo de un sistema de administración de fármacos vía “in situ” y, para ello, se desarrollan diferentes tipos de partículas buscando dicho objetivo. Dichas vías de suministro vendrían caracterizadas por la aplicación: • Directamente a través de un catéter en el tumor (partículas de aproximadamente 50 μm). • En circuito cerrado realizado mediante cirugía torácica para recircular partículas en el pulmón (partículas de aproximadamente 200 nm). De este modo se plantea como objetivo principal de la línea de investigación el desarrollo y la validación de sistemas alternativos de tratamiento del cáncer de pulmón. Estos objetivos han sido desarrollados y se describen a continuación como núcleo principal del trabajo desarrollado. • Fabricación y caracterización de micropartículas basado en atomización focalizada de fluidos no newtonianos viscosos para la preparación, por gelificación iónica de alginato y cloruro de bario, de micropartículas monodispersas con un tamaño de 40 μm de manera reproducible y con un elevado rendimiento. Este objetivo implica la optimización del proceso de producción propuesto para conseguir reproducibilidad, monodispersión, escalabilidad y control sobre el tamaño, y estabilidad de las micropartículas. • Síntesis de nanopartículas basándonos también en la utilización de alginato como material biocompatible y, en este caso, piperazina como reticulante de tamaños aproximados a 200 nm mediante síntesis química y su caracterización. Asimismo y al igual que para el caso de las micropartículas se llevará a cabo la optimización del proceso de síntesis para conseguir reproducibilidad, monodispersión, escalabilidad y control sobre el tamaño, y estabilidad de las nanopartículas. • Adiccionalmente, y también basado en el uso de alginato, se han conseguido desarrollar de forma eficaz unas partículas combinadas que contienen nanopartículas de magnetita y recubrimiento de alginato que permiten la aplicación de una terapia dual (hipertermia y quimioterapia). Estas partículas se validaron para una potencial aplicación de hipertermia. La gran dificultad de la aplicación de la hipertermia es el control preciso de la temperatura; para lo cual se ha empleado y validado un sistema de termografía que permite un seguimiento preciso de la temperatura en los ensayos in vitro. • Funcionalización superficial de las micropartículas y nanopartículas con grupos orgánicos adecuados que permitan el anclaje de anticuerpos monoclonales y fármacos para su posterior utilización en terapia contra el cáncer de pulmón humano. De igual modo, se plantea la evaluación de la estabilidad de los diferentes tipos de partículas una vez realizada su funcionalización superficial. Los tres tipos de partículas sintetizadas (micropartículas, micropartículas magnéticas y nanopartículas) han sido modificados superficialmente, haciendo uso de la química de la carbodiimida (método descrito en el trabajo), para bioconjugar un fármaco antitumoral (cisplatino) y un reconocedor celular específico (EGF) habiendo obtenido un elevado rendimiento en los procesos de bioconjugación. • Estudio de la dinámica molecular del sistema cápsula de alginato, factor de crecimiento epidérmico (EGF) y receptor del factor de crecimiento epidérmico (EGFR) para predecir su comportamiento en la posterior funcionalización superficial y desarrollo del sistema de liberación controlada. • Ensayos in vitro de los diferentes tipos de micro/nanopartículas sintetizadas con la línea celular de cáncer de pulmón humano H-460 que prueben su eficacia en este tipo de tratamientos. • Por último, los sistemas de liberación microparticulados y nanoparticulados han sido probados in vivo con ratones inmunodeprimidos, habiendo obtenido muy buenos resultados para ambos tipos, tanto en mejora de la supervivencia de los animales tratados como en la reducción y/o erradicación de los tumores. Los mejores resultados se obtuvieron para la combinación de cisplatino en solución libre con micropartículas con EGF y cisplatino y repetición de una segunda dosis a los 10 días.