Smart biomaterials en dispositivos médicos. Parte II
El valor de mercado de los productos de administración médica específicamente de fármacos en los Estados Unidos alcanzó los $251 mil millones en 2019. Sin embargo, ¿Cuáles son los sistemas de administración de fármacos (DDS)?
Los sistemas son conocidos y utilizados para modular la farmacocinética, la absorción, los perfiles de toxicidad y la duración del efecto terapéutico. Es por ello la pertinencia del uso de biomateriales inteligentes, ya que permiten controlar el comportamiento del DDS en respuesta a cambios en los parámetros fisiológicos asociados a menudo con diferentes tipos de enfermedades, vías de administración (por ejemplo, pH, potencial redox y actividad enzimática) o responder a desencadenantes exógenos como los ultrasonidos o la temperatura. Con el advenimiento de la medicina de precisión, teranósticos y terapias basadas en oligonucleótidos, existe un creciente interés por DDS fabricado con biomateriales inteligentes.
En la actualidad se están empleando una gran cantidad de biomateriales, incluidos polímeros, lípidos, proteínas y péptidos, para diseñar DDS en diferentes escalas de longitud, desde nano- (<1 μm) hasta macrosismo (> 1 cm), para una variedad de vías de aplicación (por ejemplo enteral, parenteral y superior ical). Los DDS a menudo se diseñan a partir de componentes químicos con diferentes respuestas a varios estímulos. Estos pueden promover la degradación y liberación del fármaco en el microambiente local, como tumores y sitios de inflamación . Además, la degradación desencadenada permite la eliminación de los componentes del DDS del cuerpo y previene la acumulación de metabolitos potencialmente tóxicos en repetidas ocasiones. administraciones.
Por ejemplo, recientemente se diseñó un hidrogel para la liberación prolongada y controlada de fármacos en el estómago, cuya característica principal es el poder de disolverse en el caso de complicaciones al exponerse a un quelante biocompatible y un agente reductor.
La sensibilidad a estímulos únicos puede enriquecer el tratamiento terapéutico y a la entrega en los sitios de la enfermedad, pero la rara presencia de biomarcadores individuales a menudo conduce a una selectividad subóptima. Por ejemplo, el microambiente del cáncer a menudo muestra una extensa actividad de metaloproteinasa de matriz (MMP) con un potencial de reducción característico y un pH subfisiológico. Para abordar este desafío, la implementación de biomateriales que responden a múltiples estímulos puede resultar útil al mejorar la selectividad de la liberación del fármaco del DDS en enfermedades complejas como lo es el cáncer, en microambientes y posibilitando un trato personalizado.
Bandeau y su grupo de investigadores asociados sintetizaron reticuladores multiestímulos sensibles, lo que permite la preparación de hidrogeles a través de la química de clic de cicloadición azida-alquino promovida por cepas (SPAAC) . Estos reticuladores fueron diseñados con una arquitectura molecular controlada para mostrar respuesta a estímulos basada en la lógica en presencia MMP, especies reductoras y luz casi ultravioleta. En otro ejemplo, Kwong et al., desarrollaron biomarcadores sintéticos sensibles a la proteasa para la monitorización urinaria multiplexada para una variedad de enfermedades, incluida la fibrosis hepática y el cáncer, que permiten detectar la actividad de múltiples MMP.
Estos biomarcadores incluyen sustratos de péptidos reconocidos selectivamente por proteasas asociadas a enfermedades y pueden dirigirse a sitios de enfermedad utilizando nanopartículas, permitiendo posteriormente la detección de productos de degradación de biomarcadores en la orina mediante espectrometría de masas o métodos enzimáticos.
Las tecnologías de oligonucleótidos, que incluyen oligonucleótidos antisentido, ARN de interferencia cortos (ARNip), ARNm (ARNm) y terapias CRISPR de edición del genoma, están en camino de convertirse en una importante plataforma de desarrollo de fármacos junto con moléculas pequeñas y productos biológicos actuales.
La entrega sigue siendo uno de los principales desafíos para realizar plenamente el potencial de las terapias basadas en ácidos nucleicos debido a su biodisponibilidad limitada y al requisito de administración intracelular. Para facilitar la administración intracelular eficaz de ácidos nucleicos, los nano-DDS a menudo se diseñan con biomateriales sensibles al pH, como lípidos o polímeros que contienen grupos funcionales ionizables, incluidas aminas terciarias y iones híbridos.
Actualmente se han diseñado oligo (α-amino éster) que alteran la carga que puede entregar ARNm y luego cambiar las propiedades físicas a través de un reordenamiento intramolecular degradativo y neutralizador de carga, lo que lleva a la liberación intracelular de la carga funcional. Además, los DDS con la capacidad de interactuar con proteínas séricas a pH fisiológico (7,4) han demostrado la influencia de una corona proteica en su distribución tisular y captación celular.
La explotación del tropismo natural del DDS puede servir como una herramienta para introducir sustancias pasivas o la entrega selectiva de tejidos, sin embargo, se requiere una mejor comprensión de las interacciones de los biomateriales con moléculas de suero, células y receptores celulares. Hasta ahora, se ha demostrado que los lípidos ionizables y los compuestos similares a los lípidos interactúan con la apolipoproteína E (APOE), lo que facilita el suministro eficiente de ácido nucleico a los hepatocitos del hígado. Ejemplos de otros enfoques, como miméticos de lipoproteínas de alta densidad inspirados en la naturaleza o DDS a base de albúmina incorporan directamente apolipoproteína A1 (APOA1) o albúmina en composiciones de nanoportadores para modular la farmacocinética, la toxicidad, y promover la absorción por macrófagos que residen en placas ateroscleróticas o por células presentadoras de antígeno (APC) en los ganglios linfáticos.
Los biomateriales inteligentes han sido importantes para la ingeniería de DDS que tienen que realizar funciones complejas, facilitadas por su diseño geométrico y mecánico, así como por las propiedades del material. El DDS en forma de estrella administrado por vía oral creado para la administración oral de acción ultra larga de medicamentos antipalúdicos en el estómago podría mantener los niveles de medicamentos terapéuticos durante dos semanas. Estas estrellas fueron diseñadas a partir de policaprolactona (PCL) en arreglos geométricos deseados de elementos flexibles y rígidos para permitir el plegado del dispositivo en una cápsula. Además, los componentes de la estrella se unieron mediante copolímeros dependientes del pH (Eudragit) para proporcionar disolución por fractura en los puntos de falla diseñados en presencia de pH intestinal.
Otro ejemplo del uso de biomateriales en la medicina es la creación de un parche de microagujas a base de ácido hialurónico integrado con células β pancreáticas capaces de estabilizar los niveles de glucosa durante más de 10 h en ratones podría proporcionar otra alternativa a las inyecciones de insulina.
Los biomateriales inteligentes tienen el potencial de revolucionar la fabricación de dispositivos médicos debido a los avances en el diseño de biomateriales, la funcionalización y el desarrollo de la impresión 3D y otras tecnologías de procesamiento. Los dispositivos médicos inteligentes incorporan materiales que responden a los estímulos, ya sea en la superficie o como parte del diseño general del dispositivo. Los polímeros con memoria de forma son una clase líder de biomateriales que pueden tener un impacto potente en la ingeniería de dispositivos médicos. Se han desarrollado polímeros con formas duales, formas triples y formas múltiples, lo que potencialmente permite capacidades multitarea.
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