Nanopartículas poliméricas para el tratamiento de procesos inflamatorios

Mención Internacional en el título de doctorLa inflamación, en su forma controlada, es un mecanismo crucial para la supervivencia de un organismo. Sin embargo, alteraciones en esta respuesta biológica provocan un estado de inflamación crónica, el cual es el principal componente de las denominadas enfermedades crónicas inflamatorias. Estas enfermedades son la principal causa de mortalidad en el mundo; causando también discapacidad, pérdida de calidad de vida y altos costes económicos. Los fármacos actuales para el tratamiento de estas enfermedades tienen efectos adversos importantes que limitan su uso prolongado. Además, su hidrofobicidad, baja biodisponibilidad y falta de vectorización activa reducen su efectividad. Para resolver este problema, los investigadores se han centrado en la preparación de derivados más eficientes de estos fármacos, terapias combinadas con efecto sinérgico, o sistemas de liberación controlada nanométricos. Estos últimos, son la alternativa más adecuada a las formulaciones tradicionales ya que permite reducir las dosis aumentando el efecto terapéutico de los fármacos. Además, los protegen de ambientes hostiles, facilitan su liberación a través de distintas barreras anatómicas y permiten una co-liberación vectorizada y controlada de los mismos. Esta tesis se centra en el diseño y preparación de sistemas de liberación controlada catiónicos basados en anti-inflamatorios no esteroideos (AINEs) para mejorar las actuales terapias contra diferentes enfermedades inflamatorias crónicas. Los capítulos 3 y 4 se centran en testar la capacidad de nuevos sistemas de co-liberación controlada de AINEs, naproxeno o ketoprofeno, anclado covalentemente, y dexametasona, encapsulada físicamente, para controlar la respuesta inflamatoria y, más específicamente, reducir la expresión génica de marcadores de enfermedades inflamatorias autoinmunes (i.e. IL12, IL23 y TNF-α). Con este objetivo, estos capítulos describen la síntesis de dos derivados metacrílicos de AINEs y su copolimerización con un monómero hidrofílico, 1-vinyl-imidazol, para obtener estructuras anfifílicas de pseudo-gradiente que se autoensamblen formando nanoparticulas en medio acuoso. La citotoxicidad y capacidad de reducir la expresión de marcadores de inflamación de los sistemas se evaluó in vitro, utilizando macrófagos como célula modelo del sistema inmune. De estos capítulos concluimos que la terapia combinada con naproxeno y dexametasona tiene efecto sinérgico en la reducción de la expresión génica de la interleuquina (IL)12-p40 en macrófagos mediante mecanismos independientes de ciclooxigenasas (COX), ya que este efecto no se observó para la combinación de la dexametasona con el ketoprofeno, el cual es un inhibidor de COX más potente. Este sistema ofrece una alternativa más económica a las actuales terapias anti-IL12-p40 para el tratamiento de enfermedades inflamatorias autoinmunes. El capítulo 5 se centra en la preparación de recubrimientos anti-inflamatorios para modular la respuesta de los macrófagos a un cuerpo extraño como, por ejemplo, un implante. Los recubrimientos se prepararon mediante la técnica de deposición capa a capa combinando heparina (Hep, polianión), un glicosaminoglicano con capacidad anti-inflamatoria inmediata demostrada, con las nanopartículas catiónicas basadas en naproxeno previamente descritas. Se realizó una extensa caracterización físico-química de los sistemas para correlacionar sus propiedades (mojabilidad, comportamiento elástico, carga superficial…) con el comportamiento celular. Además, se estudió in vitro, a corto plazo, el efecto en la adhesión de macrófagos y la producción de IL1β y, a largo plazo, en la formación de células gigantes a partir de macrófagos. Las nanopartículas se inmovilizaron de forma efectiva dando lugar a una superficie hidrofílica y aniónica que comprometía la adhesión de macrófagos a corto plazo. Se atribuyó a la heparina la capacidad de los recubrimientos de reducir la producción de IL1β a corto plazo, mientras que la liberación controlada en el tiempo de las nanopartículas permitió reducir la formación de células gigantes a largo plazo. En definitiva, este capítulo sirve como prueba de concepto para establecer nuevos recubrimientos que puedan suprimir la respuesta inflamatoria a cuerpo extraño y modular la reacción de los macrófagos a los biomateriales a más largo plazo que las terapias actuales. El capítulo 6 se centra en la preparación de nanopartículas basadas en naproxeno recubiertas con ácido hialurónico para su vectorización activa a las células madre cancerígenas de mama que sobre expresen el CD44 mejorando la capacidad anticancerígena del fármaco libre y la hemocompatibilidad del sistema. Con este objetivo, describimos el recubrimiento electroestático de las nanopartículas con ácido hialurónico mediante la técnica de deposición capa a capa. Se obtuvieron partículas recubiertas y sin recubrir de distintos tamaños (i.e. 300 y 350 nm ó 100 y 130 nm de diámetro, respectivamente). El recubrimiento mejoraba la hemocompatibilidad, estabilidad, vectorización y actividad anti-cancerígena del sistema. Mientras que, la reducción del diámetro de los sistemas en 50 ó 30 nm, también aceleró la internalización de los mismos. Además, el sistema demostró inducir la apoptosis y reducir la migración de las células cancerígenas de mama de forma más efectiva que el fármaco libre mediante mecanismos COX-independientes. Por tanto, esta estrategia podría mejorar la terapia actual contra el cáncer de mama donde las células madre son el principal objetivo. Como conclusión, esta tesis describe la preparación de fármacos poliméricos basados en AINEs, su copolimerización con 1-vinyl-imidazol para la obtención de una familia de copolímeros anfifílicos con microestructura de pseudo-gradiente que se autoensamblen en medio acuoso formando sistemas de liberación controlada nanométricos. Además, en los distintos capítulos se describen tres estrategias diferentes para su utilización en el tratamiento de: enfermedades inflamatorias autoinmunes, la respuesta a cuerpo extraño y el cáncer de mama, respectivamente. Su gran potencial en el campo de la inflamación queda patente en el amplio abanico de aplicaciones y proyectos en los que están actualmente implicadas estas nanopartículas (Anexo I)Programa de Doctorado en Ciencia e Ingeniería de Materiales por la Universidad Carlos III de MadridPresidente: Julia Buján Varela.- Secretario: José Carlos Rodríguez Cabello.- Vocal: Martijn Van Griensve