Nanotecnología farmacéutica basada en dendrímeros aplicada al tratamiento del Alzheimer

Abstract

La enfermedad de Alzheimer (EdA) es una enfermedad neurodegenerativa multifactorial, que no tiene cura ni tratamiento paliativo, por lo que es terminal. Además, es la forma más común de demencia y es el desorden que más afecta a los adultos mayores, siendo tan común como el paro cardiorrespiratorio. Asimismo, con el aumento de la expectativa de vida, se incrementa la prevalencia de la EdA, por lo que se generan impactos a nivel económico y sociopolítico que la han convertido en una prioridad de salud pública. La etiología de la EdA es multifactorial y poco comprendida, existiendo diversas hipótesis para explicar la patogénesis de la enfermedad. Recientemente, varios autores propusieron una nueva mirada enfatizando dos cuestiones: (1) el desarrollo de la EdA resulta de los efectos colectivos de múltiples factores que no están restringidos a una o más de las hipótesis etiológicas específicas; y (2) cada individuo podría sufrir una combinación particular de factores etiológicos, por lo que el desarrollo y progresión de enfermedad en cada individuo sería también particular. Sumado a ello, enfatizaron la complejidad del diseño de terapias efectivas para desórdenes del sistema nervioso central, debido a que la mayoría de las drogas no pueden acceder al cerebro por la presencia de la barrera hematoencefálica. Es necesario evaluar entonces nuevas vías de administración y/o la utilización de sistemas de delivery de drogas. En consecuencia, el objetivo general del presente trabajo ha sido diseñar y desarrollar terapias combinadas basadas en nanotecnología farmacéutica para el tratamiento de la EdA, con el fin de mejorar y potenciar el tratamiento actual. Dentro de la diversidad de nanomateriales que se han diseñado y construido en la nanotecnología farmacéutica, en este trabajo se han utilizado a los dendrímeros. Los dendrímeros (D) son polímeros tridimensionales con características únicas en el campo de los nanomateriales, que incluyen: arquitectura simétrica, estable y bien definida; tamaño monodisperso en el rango de los nanómetros; estructura ramificada multivalente y multifuncional; grupos superficiales de tipo, carga y cantidad controlada; relación área/volumen extremadamente alta; y elevada solubilidad en agua. Asimismo, han demostrado incrementar la solubilidad, estabilidad y biodisponibilidad de las drogas con las que interaccionan, por lo que se han convertido en sistemas de delivery de relevancia. Sumado a ello, los dendrímeros son el único tipo de nanopartículas con las características adecuadas para ser utilizados en una gran variedad de vías de administración, incluyendo la intravenosa, transdérmica, oral e intranasal. Particularmente, se utilizaron los dendrímeros PAMAM con core de etilendiamina de generación 4.0 (DG4.0) con grupos amino terminales, y de generación 4.5 (DG4.5) con grupos carboxílicos terminales. Además de sus características óptimas como nanotransportadores de drogas, los DG4.0 y DG4.5 han demostrado actuar como nanodrogas per se, presentando actividad como anti-bacterianos, como anti-virales, como inhibidores de la enzima acetilcolinesterasa, como inhibidores de la agregación de proteínas y como anti-inflamatorios. En este trabajo, con el objetivo de diseñar terapias multi-intervencionales para la EdA basadas en nanotecnología farmacéutica, se combinaron las drogas carbamazepina (CBZ, potenciador de la autofagia), tacrina (TAC, inhibidor de la enzima acetilcolinesterasa) y curcumina (CUR, inhibidor de la enzima acetilcolinesterasa y de la producción de β-amiloides, con propiedades anti-agregación de proteínas, anti-oxidante y anti-inflamatorias) con los dendrímeros DG4.0 y DG4.5 que actuarían como transportadores de las drogas mencionadas y como nanodrogas per se. Los objetivos específicos de este trabajo incluyeron: (1) Diseñar protocolos sencillos que permitan preparar complejos estables entre los dos tipos de dendrímeros y las tres drogas; (2) Caracterizar los complejos dendrímero-droga obtenidos en cuanto a capacidad de carga, incremento de la solubilidad de las drogas, estabilidad en el tiempo, interacción droga-dendrímero, y perfil de liberación de la droga; (3) Caracterizar el perfil toxicológico de los complejos dendrímero-droga mediante estudios ex vivo (en glóbulos rojos humanos), in vitro (en cultivo de células Neuro-2a) e in vivo (en larvas de zebrafish). Por un lado, se puso a punto un protocolo sencillo y reproducible, a través del cual se obtuvieron los complejos de DG4.0 o DG4.5 con CBZ, TAC o CUR. Por un lado, los DG4.0 y DG4.5 incorporaron alrededor de 20 moléculas de CBZ por dendrímero en sus bolsillos internos. Se encontró que los complejos DG4.0-CBZ y DG4.5-CBZ fueron estables durante 90 días a 37 °C y presentaron un perfil de liberación controlada del fármaco a pH fisiológico. Además, se estudió la nanotoxicidad de estos complejos. No se observó ningún efecto hemolítico en el modelo ex vivo. En cuanto a la toxicidad in vitro, los complejos DG4.5-CBZ redujeron significativamente la toxicidad causada por el fármaco libre, y no causaron neurotoxicidad, cardiotoxicidad, ni hepatotoxicidad en las larvas de zebrafish. Por otro lado, fue posible obtener suspensiones de DG4.0-TAC y DG4.5-TAC sin reducir la solubilidad del fármaco. Los estudios de FT-IR y de liberación in vitro confirmaron que la interacción entre la TAC y los DG4.5 fue de tipo electrostática. El perfil de toxicidad de la administración de los complejos D-TAC se estudió en ensayos ex vivo, in vitro e in vivo. No se observaron efectos hemolíticos. En ensayos in vitro, los complejos DG4.5-TAC redujeron la toxicidad del fármaco libre en relación a la viabilidad celular y a los niveles de actividad metabólica. Además, la administración in vivo en larvas de zebrafish de los complejos DG4.0-TAC y DG4.5-TAC redujo los efectos cardiotóxicos, morfológicos y hepatotóxicos observados en el tratamiento con TAC libre. Finalmente, la complejación con dendrímeros permitió incrementar la solubilidad de la CUR desde 1,6 µM (CUR libre) a ~177 µM para los DG4.0-CUR y ~105 µM para los DG4.5-CUR. Los complejos D-CUR presentaron una estabilidad aumentada respecto de la droga libre, tanto en solución acuosa como en estado sólido. Los estudios realizados permitieron comprobar que la CUR interaccionó tanto con los bolsillos internos de los dendrímeros como con sus grupos superficiales. No se observó ningún efecto hemolítico en el modelo ex vivo, así como tampoco se observaron efectos citotóxicos in vitro. Sin embargo, tanto la CUR como los complejos D-CUR produjeron efectos letales en concentraciones relativamente bajas en las larvas de zebrafish. Se ha reportado que los efectos tóxicos en este modelo animal se deben a la incapacidad de las larvas de metabolizar y eliminar la CUR, lo que da lugar a un proceso de bioacumulación. En conclusión, a través de los estudios de complejación realizados con CBZ, TAC y CUR, se ha demostrado la capacidad de los dendrímeros DG4.0 y DG4.5 de incrementar la solubilidad de drogas hidrofóbicas y de interaccionar con drogas hidrofílicas. Además, se ha demostrado que la interacción depende tanto de las características del dendrímero como de las características del fármaco, dando lugar a distintos patrones de complejación (encapsulación y/o anclaje). Sumado a ello, si se toman en consideración todos los resultados obtenidos, podemos concluir que se han desarrollado dos sistemas estables de delivery, basados en la complejación con dendrímeros, que aumentaron la solubilidad y estabilidad de las drogas CBZ y CUR. Asimismo, se ha desarrollado una terapia combinada basada en la co-administración de TAC y dendrímeros, que redujo los efectos hepatotóxicos de dicho fármaco. En este sentido, los resultados de este trabajo permitieron ampliar el conocimiento sobre la capacidad de los dendrímeros de actuar como nanotransportadores de distintos tipos de drogas, así como sobre los mecanismos que intervienen en su perfil toxicológico. Es decir, este trabajo podría funcionar como punto de partida para el diseño de terapias combinadas, basadas en dendrímeros capaces de actuar simultáneamente sobre varias hipótesis etiológicas de la EdA.