28 de Febrero de 2022
Medicina

Crean nanotubos de carbono con una habilidad especial para transportar fármacos al interior de las células

Los nanotubos de carbono incrustados en las membranas de vesículas actúan como «puertas» para introducir un fármaco antitumoral a células cancerígenas in vitro con gran facilidad.

Foto [iStock/enot-poloskun]

Uno de los principales retos que presenta el uso de multitud de fármacos experimentales es el transporte eficiente de estos a los tejidos donde se desea que ejerzan su efecto. Estos compuestos pueden degradarse con rapidez a lo largo de su viaje por el cuerpo humano, ser poco solubles o tóxicos para ciertos tejidos. Además de estos problemas, los fármacos pueden acumularse en lugares donde son inútiles o ser incapaces de entrar en las células diana. Los tratamientos contra el cáncer presentan un desafío especial, pues muchos de ellos no solo destruyen las células tumorales, sino que también dañan a múltiples tipos de células sanas.

Desarrollar métodos que consigan llevar a fármacos allí donde se necesiten de forma más efectiva aumentaría su seguridad y su eficacia terapéutica, tanto para los que ya están comercializados como para aquellos que se encuentran aún evaluándose en modelos animales y ensayos clínicos. En ese sentido, un equipo internacional de investigadores ha conseguido desarrollar nanotubos de carbono que presentan una habilidad especial para introducir fármacos en células humanas. Las propiedades de estas moléculas nanométricas se explican con detalle en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

Los investigadores modificaron nanotubos de carbono que se desarrollaron previamente para facilitar el transporte de protones con el nuevo objetivo de que estas moléculas ayudaran a introducir fármacos de utilidad médica en el interior de células humanas. En concreto, los científicos insertaron estas moléculas sintéticas alargadas, llamadas «porinas de nanotubos de carbono», en las membranas de unas estructuras esféricas llamadas liposomas (que están formadas por al menos una doble capa de fosfolípidos).

Los liposomas son vesículas que ya se emplean como vehículos de transporte que circulan por la sangre para múltiples tratamientos médicos (antibióticos, antitumorales, antiinflamatorios, vacunas, corticosteroides...), pues mejoran la penetración en los tejidos o el reparto dirigido a ciertas células. Sin embargo, los liposomas pueden presentar la desventaja de que disminuyan la eficiencia del transporte, hasta el punto de que no llegue nada o casi nada del fármaco al interior de las células de interés. Con frecuencia, la membrana celular supone una barrera que dificulta la entrada de determinados compuestos.

Los nanotubos de carbono (de 0,8 nanómetros de diámetro) desarrollados por los investigadores consiguen solventar la limitada capacidad que tienen los liposomas para liberar su contenido en las células. Cuando se incorporan dímeros de estos nanotubos (2 subunidades unidas de estas moléculas) a las membranas de dichas vesículas, estos se acoplan a las membranas de las células y consiguen que las membranas de los liposomas y de las células se fusionen liberando el contenido de estas al interior. En otras palabras, los nanotubos de carbono actúan como «puertas» que facilitan el transporte directo de fármacos desde los liposomas hasta las células. Se trata de un método novedoso para administrar fármacos directamente al interior de las células que podría tener el potencial para superar múltiples limitaciones en el transporte de compuestos con fines terapéuticos.

Las simulaciones informáticas realizadas para averiguar cómo funcionaban dichos nanotubos revelaron que la clave estaba en su habilidad para acercar poco a poco las membranas de los liposomas y de las células hasta que estas se fusionan y el contenido de los liposomas entra directamente en el interior de las células.

Los investigadores evaluaron la capacidad que tenían los nanotubos de carbono para que los liposomas liberasen un antitumoral ampliamente usado en medicina (la doxorrubicina) en dos tipos de células tumorales humanas (de cáncer de mama y de neuroblastoma-glioma). Con este sistema de transporte, se consiguió destruir hasta el 90 % de las células cancerosas, gracias a que los nanotubos facilitaron la entrada directa de doxorrubicina en ellas, lo que incrementó su efecto antitumoral. Además, los liposomas con nanotubos de carbono eran inofensivos para las células si no contenían doxorrubicina.

El próximo paso de esta investigación es evaluar la eficacia de los nanotubos de carbono con otros compuestos terapéuticos o vacunas de ADN y ARN con problemas para llegar a las células donde se requiere su efecto, tanto in vitro como en modelos animales. En la actualidad, no existen vehículos adecuados para un transporte directo y eficiente de fármacos al interior de las células y las moléculas desarrolladas por los investigadores podrían mejorar su perfil terapéutico.

También será necesario evaluar si dichos nanotubos de carbono ofrecen algún problema de seguridad a largo plazo en diversos organismos y si se eliminan correctamente, evitando su bioacumulación. Hasta ahora, estas moléculas no se han usado en humanos. No obstante, los autores señalan que estudios recientes han comprobado que los nanotubos de carbono de pequeño diámetro se eliminan bien a través de la orina tanto en ratones como en primates no humanos, un dato positivo de cara al desarrollo clínico de esta estrategia terapéutica.

 

Esther Samper

Referencia: «Membrane fusion and drug delivery with carbon nanotube porins», Nga T. Ho et al. en Proceedings of the National Academy of Sciences, vol. 118, n.º 19: e2016974118, 11 de mayo de 2021.

Funcionamiento de los nanotubos de carbono en la liberación de compuestos al interior de las células.

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