Investigadores de la Universitat Politècnica de València, la Universidad Complutense de Madrid y el CIBER-BBN han diseñado y evaluado a nivel celular un nuevo material híbrido para la creación de implantes –scaffolds– inteligentes que abren la puerta a un tratamiento más eficiente de infecciones y tumores óseos.
La novedad principal reside en la incorporación a este material, formado por una una matriz mesoporosa de óxidos de silicio, calcio y fósforo, de puertas moleculares que permitirían la liberación controlada de las sustancias almacenadas dentro de los poros, como fármacos antitumorales o antibióticos. Una puerta molecular es un mecanismo cuya apertura está en función de determinados estímulos externos, en este caso concreto los fármacos sólo se liberarían en presencia de enzimas asociadas a un tumor o a una infección en los huesos.
Según explican Ramón Martínez-Máñez, director del Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM) y director científico del CIBER-BBN, y María Vallet-Regí, directora del Grupo de Investigación de Biomateriales Inteligentes (GIBI) de la Universidad Complutense de Madrid y jefa de grupo del CIBER-BBN, hoy ya existen scaffolds que permiten la liberación lenta de un medicamento, pero esta se produce de forma automática e inespecífica.
“En este trabajo, hemos desarrollado innovadores nanodispositivos basados en puertas moleculares de adenosina trifosfato (ATP) y ε-poli-l-lisina, utilizando vidrio bioactivo mesoporoso, conocido por sus amplias propiedades osteoregenerativas y osteoinductivas, como soporte inorgánico. Los poros de este material están cargados con el fármaco en cuestión, y la entrada de los poros estaría bloqueada por la presencia de las puertas moleculares mencionadas. Estos nanodispositivos evitarían la liberación del fármaco de forma inespecífica. El fármaco o antibiótico sólo se liberaría hacia la zona afectada cuando se detectara la presencia de enzimas asociadas a la existencia de un tumor o una infección”, explican Martínez-Máñez y Vallet-Regí. De esta forma, se reduciría el uso de fármacos indiscriminado, aumentando la eficiencia de los tratamientos.
Sobre cómo funcionarían las puertas moleculares, el director del IDM de la UPV explica que la existencia de un tumor óseo puede llevar asociado un incremento en la expresión de fosfatasa alcalina, y es ante la presencia de esta enzima cuando las puertas se abren para liberar el fármaco en cuestión. En el caso de infecciones en el tejido óseo, el estímulo que abre la puerta son las proteasas liberadas por las bacterias que infectan este tipo de materiales.
En los trabajos de laboratorio, los investigadores demostraron la eficacia de los nanodispositivos aplicando en concreto doxorrubicina -citotóxico ampliamente utilizado en el campo médico-para el caso de los tumores; y para las infecciones óseas un antibiótico de amplio espectro, el levofloxacino.
“Este estudio abre la posibilidad de desarrollar nuevos biomateriales para las terapias contra el cáncer de hueso e infecciones óseas. Los resultados obtenidos hasta el momento en los cultivos celulares son muy prometedores, si bien quedan muchos pasos por dar. El siguiente sería la fabricación de dispositivos tridimensionales utilizando este material, y su validación en un modelo animal”, concluye Vallet-Regí.
El trabajo de los investigadores de la UPV, la Universidad Complutense de Madrid y el CIBER-BBN ha sido publicado en la revista Acta Biomaterialia.
Artículo de referencia:
Lorena Polo, Natividad Gómez-Cerezo, Elena Aznar, José-Luis Vivancos, Félix Sancenón. Daniel Arcos, María Vallet-Regí, Ramón Martínez-Máñez. Molecular gates in mesoporous bioactive glasses for the treatment of bone tumors and infection. Acta Biomaterialia. http://dx.doi.org/10.1016/j.actbio.2016.12.025
Imagen:
Diseño de las puertas moleculares, que, en ausencia del estímulo, bloquean la entrada de los poros e impiden la salida de las sustancias almacenadas en su interior. Cuando el estímulo está presente, la puerta molecular se rompe, permitiendo la liberación de la sustancia al exterior.
