El sistema de administración de fármacos puede potenciar los efectos de los fármacos anticancerígenos

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Un equipo de ingenieros biomédicos de la Universidad de Brown ha desarrollado un nuevo sistema de administración basado en hidrogel que equilibra el ambiente ácido en un tumor y mejora en gran medida la actividad anticancerígena del fármaco quimioterapéutico que encapsula en experimentos de laboratorio.

El sistema de hidrogel, que es inyectable, actúa como amortiguador del fármaco doxorrubicina y lo administra directamente a los tumores malignos, lo que ayuda a reducir los efectos secundarios no deseados que se producen cuando el fármaco no se libera directamente en el sitio objetivo. Los investigadores dicen que el hidrogel, que fue diseñado para equilibrar los niveles de pH, tiene el potencial de mejorar sustancialmente los tratamientos quimioterapéuticos y reducir el riesgo de que cánceres agresivos se propaguen por el cuerpo al neutralizar los niveles de ácido en los tumores.

El in vitro el trabajo se describe en Interfaces y materiales aplicados de ACS.

“En esencia, la investigación trata de mitigar algunos de los problemas críticos que enfrentamos en el tratamiento del cáncer”, dijo Zahra Ahmed, autora principal del estudio y Ph.D. estudiante en el laboratorio Brown del profesor asistente de ingeniería Vikas Srivastava.

Ahmed y Srivastava explican que en la región conocida como microambiente tumoral, muchos factores pueden afectar negativamente el pronóstico del paciente y la eficacia quimioterapéutica. Uno de los principales problemas es la acidosis, donde el ambiente del tumor se vuelve más ácido y los niveles de pH caen en picado.

En pacientes con cáncer, esto aumenta la probabilidad de metástasis, a través de las cuales el cáncer se propaga a otras partes del cuerpo. También reduce significativamente la eficacia de la quimioterapia. Por ejemplo, en ambientes ácidos, la doxorrubicina, uno de los principales quimioterapéuticos actuales, pasa por lo que se conoce como atrapamiento de iones. Básicamente, el fármaco queda atrapado en el ambiente ácido fuera de las células y no puede penetrar en su interior, lo que impide que mate las células cancerosas.

La doxorrubicina es tóxica y cuando se administra mediante la práctica actual de administración intravenosa, no discrimina entre células cancerosas y células sanas no cancerosas, lo que provoca efectos secundarios importantes. Para agravar estos desafíos, no existe ningún método actual para equilibrar directamente los niveles de pH ácido en los tumores cancerosos.

Aquí es donde entra en juego el hidrogel que diseñó el equipo.

“Lo que estamos tratando de hacer es desarrollar un método para administrar doxorrubicina localmente pero también mitigar la acidosis al mismo tiempo”, dijo Ahmed. “Para hacer esto, creamos un hidrogel inyectable en el que combinamos la administración del quimioterapéutico doxorrubicina con algo para combatir el pH ácido en la región local. En este caso utilizamos bicarbonato de sodio, un compuesto químico que se utiliza comúnmente para tratar la indigestión ácida”.

Pruebas de laboratorio iniciales realizadas sobre células de cáncer de mama in vitro demostrar que el método funciona. El hidrogel actúa como un tampón y utiliza el bicarbonato de sodio para aumentar el nivel de pH, lo que luego hace que el poder quimioterapéutico de la doxorrubicina para matar las células cancerosas aumente en uno o dos o tres factores.

El equipo de investigación de Srivastava ha estado trabajando en el proyecto durante más de tres años. Describe el trabajo como una progresión paso a paso después de que comenzaron a estudiar la regulación del pH en el microambiente ácido del tumor.

“Cuando tuvimos éxito en la regulación del pH utilizando hidrogeles, que se ha demostrado que reducen la metástasis en ciertos cánceres, comenzamos a descubrir cómo llevar un sistema de administración de bicarbonato de sodio a una ubicación precisa del tumor”, dijo Srivastava, cuyo laboratorio en la Escuela Brown de Ingeniería realiza investigaciones en mecánica de sólidos, materiales blandos y mecanobiología. “Formulamos un hidrogel inyectable que se puede administrar localmente y tiene la capacidad de regular el pH del entorno del tumor. Entonces nos preguntamos si también podríamos administrar simultáneamente un medicamento quimioterapéutico. ¿Podemos entregar doxorrubicina localmente utilizando el mismo vehículo de entrega? Ahora hemos hecho todas estas cosas juntas con gran efecto y hemos mostrado resultados muy prometedores en dos líneas celulares cancerosas. in vitro.”

Los investigadores optaron por desarrollar un hidrogel biocompatible como sistema de administración debido a su creciente uso y versatilidad. Los hidrogeles, por ejemplo, se utilizan para fabricar lentes de contacto, productos de higiene y para la liberación de fármacos y apósitos médicos. El sistema de hidrogel que desarrolló el investigador se puede almacenar a 4 grados Celsius durante largos períodos de tiempo antes de su uso, lo que lo hace conveniente para uso médico práctico.

A continuación en esta línea de investigación, el equipo espera aplicar su sistema combinado de hidrogel de administración terapéutica y regulador del pH en entornos preclínicos y pasar de experimentos en tubos de ensayo a experimentos en animales y, finalmente, progresar a pacientes humanos.

Referencia: Ahmed Z, LoGiudice K, Mays G, et al. Aumento de la eficacia quimioterapéutica utilizando hidrogeles inyectables de quitosano-poli(etilenglicol) que modulan el pH y liberan doxorrubicina. Interfaces de aplicación ACS. 2023. doi: 10.1021/acsami.3c09733

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