La falta de dosis cruciales de medicamentos y vacunas podría convertirse en una cosa del pasado gracias a la tecnología de siguiente nivel de los bioingenieros de la Universidad de Rice para fabricar medicamentos de liberación prolongada.
«Este es un gran problema en el tratamiento de enfermedades crónicas», dijo Kevin McHugh, autor correspondiente de un estudio sobre la tecnología publicado en línea en Materiales avanzados. «Se estima que el 50 % de las personas no toman sus medicamentos correctamente. Con esto, les daría una inyección y estarían listos para los próximos dos meses».
Cuando los pacientes no toman los medicamentos recetados o los toman incorrectamente, los costos pueden ser asombrosos. Solo en los Estados Unidos, la cifra anual se ha estimado en más de 100 000 muertes, hasta el 25 % de las hospitalizaciones y más de $100 000 millones en costos de atención médica.
Encapsular medicamentos en micropartículas que se disuelven y liberan fármacos con el tiempo no es una idea nueva. Pero McHugh y el estudiante graduado Tyler Graf utilizaron métodos del siglo XXI para desarrollar una tecnología de encapsulación de siguiente nivel que es mucho más versátil que sus predecesores.
Apodada PULSED (abreviatura de Particles Uniformly Liquiified and Sealed to Encapsulate Drugs), la tecnología emplea impresión 3D de alta resolución y litografía suave para producir matrices de más de 300 cilindros biodegradables no tóxicos que son lo suficientemente pequeños como para ser inyectados con agujas hipodérmicas estándar.
Los cilindros están hechos de un polímero llamado PLGA que se usa ampliamente en el tratamiento médico clínico. McHugh y Graf demostraron cuatro métodos para cargar los microcilindros con medicamentos y demostraron que podían modificar la receta de PLGA para variar la rapidez con la que las partículas se disolvían y liberaban los medicamentos, desde tan solo 10 días hasta casi cinco semanas. También desarrollaron un método rápido y fácil para sellar los cilindros, un paso fundamental para demostrar que la tecnología es escalable y capaz de abordar un obstáculo importante en la administración de fármacos de liberación prolongada.
«Lo que estamos tratando de superar es la ‘liberación de primer orden'», dijo McHugh, refiriéndose a la dosificación desigual que es característica de los métodos actuales de encapsulación de fármacos. «El patrón común es que gran parte del fármaco se libere temprano, el día uno. Y luego, el día 10, es posible que obtenga 10 veces menos que el día uno.
«Si hay una gran ventana terapéutica, entonces liberar 10 veces menos en el día 10 podría estar bien, pero ese rara vez es el caso», dijo McHugh. «La mayoría de las veces es realmente problemático, ya sea porque la dosis del día uno lo acerca a la toxicidad o porque obtener 10 veces menos, o incluso cuatro o cinco veces menos, en puntos de tiempo posteriores no es suficiente para ser efectivo. «
En muchos casos, sería ideal que los pacientes tuvieran la misma cantidad de medicamento en sus sistemas durante todo el tratamiento. McHugh dijo que PULSED se puede adaptar para ese tipo de perfil de lanzamiento y también se puede usar de otras maneras.
«Nuestra motivación para este proyecto en particular en realidad provino del espacio de las vacunas», dijo. «En la vacunación, a menudo se necesitan múltiples dosis repartidas a lo largo de los meses. Eso es realmente difícil de hacer en países de ingresos bajos y medianos debido a problemas de accesibilidad a la atención médica. La idea era: ‘¿Qué pasaría si hiciéramos partículas que exhiban ¿liberar?’ Y planteamos la hipótesis de que esta estructura de núcleo-envoltura, en la que tendría la vacuna en un bolsillo dentro de una cubierta de polímero biodegradable, podría producir ese tipo de evento de liberación de todo o nada y proporcionar una forma confiable de establecer el retraso. momento de la liberación».
Aunque PULSED aún no se ha probado para retrasos de liberación de meses, McHugh dijo que estudios previos de otros laboratorios han demostrado que las cápsulas de PLGA pueden formularse para liberar fármacos hasta seis meses después de la inyección.
En su estudio, Graf y McHugh demostraron que podían fabricar y cargar partículas con diámetros que oscilaban entre 400 micrones y 100 micrones. McHugh dijo que este tamaño permite que las partículas permanezcan donde se inyectan hasta que se disuelven, lo que podría ser útil para administrar dosis grandes o continuas de uno o más medicamentos en un lugar específico, como un tumor canceroso.
«Para las quimioterapias tóxicas contra el cáncer, le encantaría tener el veneno concentrado en el tumor y no en el resto del cuerpo», dijo. «La gente lo ha hecho de forma experimental, inyectando fármacos solubles en los tumores. Pero entonces la pregunta es cuánto tardará en difundirse.
«Nuestras micropartículas permanecerán donde las coloques», dijo McHugh. «La idea es hacer que la quimioterapia sea más eficaz y reducir sus efectos secundarios al administrar una dosis concentrada y prolongada de los medicamentos exactamente donde se necesitan».
El descubrimiento crucial del método de sellado sin contacto ocurrió en parte por casualidad. McHugh dijo que estudios previos habían explorado el uso de micropartículas PLGA para la encapsulación de fármacos de liberación prolongada, pero se había probado que sellar grandes cantidades de partículas era tan difícil que el costo de producción se consideraba poco práctico para muchas aplicaciones.
Mientras exploraba métodos de sellado alternativos, Graf notó que tratar de sellar las micropartículas sumergiéndolas en diferentes polímeros fundidos no estaba dando el resultado deseado. «Finalmente, cuestioné si era necesario sumergir las micropartículas en un polímero líquido», dijo Graf, quien procedió a suspender las micropartículas de PLGA sobre una placa caliente, lo que permitió que la parte superior de las partículas se derritiera y se autosellara mientras que la parte inferior de las partículas permanecieron intactas, «Esos primeros lotes de partículas apenas se sellaron, pero ver que el proceso era posible fue muy emocionante». las cápsulas del fármaco de liberación prolongada. Cada conjunto de cilindros de 22×14 tenía aproximadamente el tamaño de un sello postal y Graf los fabricó sobre portaobjetos de microscopio de vidrio.
Después de cargar una matriz con drogas, Graf dijo que la suspendería alrededor de un milímetro por encima de la placa caliente por un corto tiempo. «Simplemente lo volteaba y lo apoyaba en otros dos portaobjetos de vidrio, uno en cada extremo, y configuraba un temporizador para el tiempo que tardaría en sellarse. Solo toma unos segundos».
Este trabajo fue apoyado por el Instituto de Investigación y Prevención del Cáncer de Texas (RR190056), los Institutos Nacionales de Salud (EB031495, EB023833) y la Fundación Nacional de Ciencias (1842494, 2236422).
