Polímeros, Caballos de Troya de terapia contra el cáncer
2009/04/01 Perez Alvarez, Leire - Kimikan doktorea | Artetxe Pujana, Maite - Kimikan lizentziatua Iturria: Elhuyar aldizkaria
Polímeros naturales y sintéticos. Los polímeros naturales, como la seda, la lana o la celulosa, han sido a lo largo de la historia materiales de gran utilidad e importancia. Sin embargo, en el estilo de vida actual, los polímeros sintéticos se han convertido en un material imprescindible, alcanzando objetivos impensables como la fabricación de manos artificiales de polímero capaces de tomar un huevo sin romperse.
Las cadenas de polímeros pueden estar linealmente, ramificadas o cruzadas. En este último caso, todas las cadenas están unidas químicamente y forman una enorme molécula. Estas moléculas forman una red elástica que se expande en tres dimensiones. Su estructura puede compararse con la estructura simpática de la esponja que se encuentra en cualquier casa.
De estos polímeros cruzados, los hidrogeles tienen sus características más atractivas. Los hidrogeles, como indica el ahorro hidro, tienen afinidad por el agua. Las moléculas de agua penetran por el hidrogel, es decir, absorben el agua y quedan atrapadas en la red. Por tanto, el hidrogel se hincha manteniendo siempre su aspecto inicial. Los hidrogeles son capaces de almacenar en su interior cantidades de agua mil veces superiores a su peso inicial. El uso del agua como diluyente aporta grandes ventajas en términos de biocompatibilidad. La utilización de hidrogeles como biomateriales se debe a su similitud con los tejidos vivos, que son mayores que cualquier otro biomaterial sintético. Muchos hidrogeles también se conocen como materiales inteligentes. Ante una excitación física o química externa --luz, calor, cambio de pH o radiación - son capaces de cambiar el volumen, es decir, al igual que se enciende y apaga la luz mediante un interruptor, los hidrogeles pueden hincharse o vaciarse cambiando los agentes externos.
¿Dónde encontramos los hidrogeles? No tenemos más que mirar al entorno para ver que los hidrogeles son importantes en nuestro día a día. ¿Por qué los pañales y compresas que hay actualmente en el mercado son cada vez más finos? Se debe a la disminución de la cantidad de algodón y al aumento de la capacidad de absorción de los líquidos. En jardinería también hay muchos usos, ya que son capaces de almacenar agua y fertilizantes en su interior. En función de las necesidades de las plantas, estas aguas y fertilizantes se liberan progresivamente, mejorando la fertilidad del suelo y facilitando el riego. Una de las últimas innovaciones en decoración interior es la sustitución del suelo de los jarrones por hidrogeles.
Liberación controlada de medicamentos
Los hidrogeles tienen la capacidad de almacenar sustancias en su interior y posteriormente liberarlas lentamente, por lo que en la década de 1950 se llevaron a cabo diversos estudios para la utilización de fertilizantes y hidrogeles liberadores de pesticidas de bajo peso molecular. Combinando esta característica con la biocompatibilidad, en la década de 1960 se extendieron al ámbito médico con el fin de superar los inconvenientes de los métodos de administración de medicamentos convencionales.
La forma tradicional de tomar medicamentos es repetida y monodosis. En este caso, se requieren altas concentraciones del medicamento, lo que supone una disminución en el tiempo y una pérdida de eficacia final. Después se vuelve a tomar otra dosis. Por lo tanto, la concentración del fármaco conduce en todo momento del límite tóxico al límite ineficaz. Esta tecnología convencional no es la más adecuada, sobre todo en tratamientos de larga duración como el tratamiento de quimioterapia contra el cáncer.
En este caso, la única dosis que permite que la concentración de medicamentos esté entre el límite máximo y el mínimo en todo el tiempo es la adecuada, es decir, la liberación controlada del medicamento. De esta forma, la concentración del fármaco será constante durante el tratamiento, más eficaz. Para lograr este objetivo, los hidrogeles son materiales ideales. Por ello, en la década de 1970 se desarrolló la tecnología de liberación controlada de fármacos de bajo peso molecular mediante hidrogeles. A partir de ese momento se han producido algunos avances, como los actuales retales transdérmicos de hidrogel que se han convertido en realidad.
La ventaja de los retales transdérmicos es que son capaces de proporcionar una dosis exacta de los activos que pasan a la sangre. Por ello, se han sustituido los aceites y ungüentos habituales para hacer frente a orificios oculares, celulitis, etc. Hoy en día es muy común encontrarnos con estos materiales en farmacia y cosmética, ya que ofrecen mejores resultados. En los últimos años se está estudiando la posibilidad de utilizar los retazos en terapia contra el Alzheimer. De esta forma se pueden administrar medicamentos contra esta enfermedad.
Micro/nanogelas
Viendo el potencial de Hidrogel y la importancia actual de la nanotecnología, ambas vías de investigación se han unido. De este modo, el interés por la hidrogelela, de tamaño nano, un millón de veces menor que un milímetro. Las investigaciones sobre microgeles --100-1000 nanómetros - y nanogeles --0-100 nanómetros - se han intensificado en los últimos años. Estos pequeños tamaños hacen muy interesante la medicina, ya que estas partículas de pequeño tamaño son capaces de moverse libremente dentro del organismo. De esta forma se puede llegar a cualquier lugar del organismo sin utilizar la cirugía.
Las microgeles han sido conocidas en los últimos años, pero esto no quiere decir que sean una invención de los últimos años, que existen desde el principio de la ciencia de los polímeros. XX. A principios del siglo XX, cuando el poliestireno y el caucho se empezaron a comercializar, se encontraron con pequeñas y molestas partículas de gel que dañaban las válvulas y los tubos, alterando de forma incansable las propiedades de los productos finales. Estas partículas que en aquel momento causaban tantos problemas son en la actualidad micro/nanogelas de gran uso.
Con el paso del tiempo, los científicos fueron descubriendo el potencial de estas pequeñas partículas. En la década de 1970 se empieza a formar parte de los componentes de pinturas y barnices, mejorando sus propiedades. Estos pequeños componentes facilitan la extensión de la pintura sobre la superficie a pintar. Además, son más resistentes y menos viscosos.
Debido a las propiedades de estas partículas de pequeño tamaño, también han empezado a jugar un papel importante en la medicina. Las micro/nanogelas pueden actuar como vehículos de fármacos. Por ello, son interesantes para ayudar a superar los límites de la quimioterapia que actualmente se utiliza contra el cáncer.
Nuevas terapias contra el cáncer
La cirugía es la terapia conocida más antigua contra el cáncer. En un papiro de 1600 a.C. se explica la extracción de un tumor sólido. Actualmente, en la mayoría de los tumores cancerígenos, además de la cirugía, se realizan otros tratamientos como radioterapia, quimioterapia y hormoterapia o inmunoterapia.
La quimioterapia, una terapia basada en la administración de medicamentos que matan células cancerosas, tiene un futuro esperanzador. Hoy en día, afortunadamente, se conocen muchos medicamentos eficaces para combatir el cáncer, pero su eficacia está condicionada por los métodos administrativos habituales. Son tratamientos agresivos ya que para combatir la enfermedad se necesitan grandes cantidades de fármacos. Además, provocan la muerte de células cancerosas y sanas con efectos secundarios. Por lo tanto, es habitual que en las personas que sufren tratamiento de quimioterapia aparezca a corto plazo el vómito, la pérdida de pelo, las infecciones, la diarrea, la fatiga... A largo plazo pueden aparecer esterilidad, debilidad cardiaca, menopausia temprana o un segundo cáncer.
Se ha observado que algunos fármacos utilizados en la quimioterapia son válidos para la muerte de células cancerosas. Los inconvenientes de la quimioterapia pueden ser superados mediante la administración selectiva del fármaco, donde aparece la imaginación de los investigadores. Las micro/nanogelas pueden ser herramientas para lograr esta selectividad. De esta forma se puede conseguir una liberación local, limitada, sin causar ningún daño en el tejido sano.
Los micro/nanogeles pueden ser vehículos del fármaco, ya que en su interior se puede introducir el medicamento. Además, estos geles se pueden preparar químicamente para llegar directamente al tumor, sin soltar por el camino la sustancia activa que contienen.
Para dirigir las habitaciones a las células cancerosas se puede utilizar ácido fólico -una vitamina natural. Las células cancerosas tienen una especial afinidad por el fólico. Estudios de los últimos años han demostrado que los receptores de ácido fólico son abundantes en diferentes tipos de cáncer, pero limitados en tejidos sanos. Se puede decir que estas células necesitan grandes cantidades de esta vitamina para poder crecer rápido. Por lo tanto, si la micro/nanogel se rodea de ácido fólico, la habitación aparece disfrazada frente a la célula de cáncer. De esta forma se consigue engañar al tumor y evitar la respuesta inmunológica en su defensa. De esta forma, el hidrogel que lleva el fármaco se integra dentro de la célula cancerígena. Al rodear el micro/nanogel con ácido fólico tiene una especie de permiso especial para introducirlo dentro del tumor. Este hecho puede compararse con el famoso suceso del Caballo de Troya. En ambos casos, mediante el disfraz se consigue entrar en la casa del enemigo y destruir el enemigo por dentro.
Las posibilidades que pueden aportar los hidrogeles en la lucha contra el cáncer no acaban aquí. Diversas medidas han permitido conocer que el pH (5,5) que encuentran los materiales recubiertos de ácido fólico dentro de la célula de cáncer difiere de los tejidos sanos (7,4). A partir de los resultados de estos estudios se pueden diseñar microgeles especiales sensibles al pH que se hincharían en un pH concreto y liberar el medicamento. En terapia contra el cáncer, el objetivo es diseñar hidrogeles que se inflan con un pH aproximado de 5,5.
Por tanto, las micro/nanogelas pueden ser un paso más en la lucha contra el cáncer. Como se ha comentado anteriormente, los hidrogeles tienen una estructura enrejada. Esto permite el almacenamiento interno del fármaco y su posterior liberación controlada. Por otra parte, su tamaño nanométrico le permite moverse fácilmente por el organismo. Además, la micro/nanogel se diseñará para cumplir dos requisitos especiales. Por un lado, dirigirse únicamente a las células cancerosas, rodeándolas de ácido fólico, y por otro, inflarlas sólo cuando el pH es 5,5, para liberar al fármaco sólo en este pH. De esta forma, se puede liberar el fármaco de forma selectiva y controlada. Aquí tenemos una de las habilidades que nos ofrecen las nuevas investigaciones para poder vencer el cáncer, la enfermedad vieja. Como se puede observar, varios campos científicos --medicina, farmacología, química...- confluyen en el camino de avance.
Gracias a la Universidad del País Vasco por colaborar en este proyecto.
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
