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Integrantes del grupo Fotoquímica y Nanomateriales Biocompatibles para el Ambiente y la Biología (Nanofot) del Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas (INIFTA, CONICET-UNLP) vienen logrando resultados exitosos en estudios para el tratamiento localizado de distintas enfermedades en los huesos.

Uno de los avances que más entusiasma al equipo se dio a partir de una serie de ensayos con un mineral llamado hidroxiapatita, el principal componente inorgánico natural de los huesos.

En base a una vasta experiencia en la caracterización y evaluación de materiales y sus propiedades fisicoquímicas y la posibilidad de modificarlos, el grupo fabricó nanopartículas tan pequeñas como una proteína de esa misma sustancia pero obtenida sintéticamente en el laboratorio.

El objetivo es que sirvan fundamentalmente para dos propósitos: como sustitutos óseos y en el reparto de fármacos dentro del organismo. “Es muy importante reproducir el biomaterial en la misma escala en que se encuentra en el cuerpo para que pueda atravesar los canales de las matrices orgánicas y tenga una alta afinidad con el medio en que se va a mover”, explicó Darlin Pérez Enríquez, becaria del CONICET en el INIFTA e integrante de Nanofot.

En este sentido, uno de los proyectos gestados en el grupo consistió en la síntesis de hidroxiapatita complementada con trazas de partículas metálicas relacionadas al sistema óseo como magnesio, hierro y zinc.

Con ellas, se realizó el recubrimiento de andamios para ser utilizados como estructura de soporte en la reparación de hueso en base a vidrio bioactivo. Este material cerámico es muy utilizado en la medicina regenerativa como injerto para tratar fracturas y otras lesiones gracias a su capacidad de inducir la mineralización de los tejidos.

“En ensayos in vitro, se observó cómo una vez sembradas las células, estas se adherían a la superficie del andamio y empezaban a reproducirse. Precisamente, uno de los principales objetivos es obtener propiedades que estimulen la formación de células capaces de generar nuevo hueso”, destacó Mónica González, investigadora del CONICET en el INIFTA y líder del equipo Nanofot.

Pérez Enríquez, el responsable de la línea de trabajo que busca lograr una administración controlada de fármacos, apuntó: “En mi tesis, incorporé a las nanopartículas los medicamentos comerciales utilizados en afecciones óseas y realicé distintas pruebas en el laboratorio con la hipótesis de que, una vez dentro del cuerpo, podrían viajar a través del torrente sanguíneo directamente hasta el hueso y liberar su contenido al momento de llegado y no durante el trayecto”.

“Sería algo muy ventajoso teniendo en cuenta que la mayoría de los tratamientos que existen son por vía oral y el organismo absorbe apenas un 10 por ciento de la droga, mientras que el resto se pierde en el camino”, señaló.

En este caso, los nanovehículos utilizados consistieron en liposomas, estructuras esféricas que se asemejan a la membrana celular, recubiertas con fosfato de calcio amorfo (FCA). Básicamente la misma composición de la hidroxiapatita pero con otra forma, dentro de los cuales la becaria encapsuló los fármacos para poder transportarlos.

“Hicimos distintos experimentos, entre ellos algunos simulando las condiciones de los fluidos biológicos del cuerpo humano para ver cómo se comportaría allí el liposoma. Los resultados fueron muy buenos en todos los casos y pudimos comprobar que es el medio adecuado para que haya una liberación sostenida en el tiempo de los medicamentos debido a que, al estar recubierto con FCA, tiene preferencia por las superficies con calcio, un componente que está en las estructuras óseas”, remarcó.

Y continuó: “Entonces, enfrentándolas a andamios con y sin ese elemento químico, las nanopartículas mostraron una marcada compatibilidad con los que sí lo tenían, acumulándose allí en mucha mayor cantidad. Además, al momento de hacer contacto con el lugar de destino, se produce una ruptura del cascarón que lo envuelve y se libera su contenido”.

Otra ventaja de los nanovehículos diseñados es que se puede rastrear por fotoluminiscencia, una técnica que permite hacer un seguimiento a partir de las reacciones que se producen en interacción con la luz. Esto se logra modificando su superficie a través de la incorporación de marcadores fluorescentes con colorantes, para distinguirlos en el microscopio y poder monitorear su recorrido.

El grupo utilizó como droga de referencia dos antibióticos empleados en infecciones óseas, y también un tercer fármaco llamado alendronato sódico, el más conocido contra la osteoporosis. El plus de este último es que tiene por sí solo la capacidad de buscar tejido óseo, con lo cual funciona a modo de radar una vez dentro del organismo.

A pesar de estos prometedores resultados y los avances de la mano de otros grupos de investigación en el mundo, los desafíos que trae aparejado este terreno científico son grandes.

“Para empezar, la naturaleza compleja del sistema esquelético, comprendido por los huesos, ligamentos, cartílagos y tejidos conectivos, hace que sus más de 350 enfermedades y trastornos sean muy difíciles de tratar”, explicó González.

La experta advirtió que el principal problema de los tratamientos convencionales por vía oral, en los que el fármaco llega en muy pequeñas proporciones al sitio blanco, mientras que la mayor parte es retenida por otros órganos y eliminada del cuerpo. Para contrarrestar esa situación, se indican dosis muy altas, que a su vez traen aparejados daños colaterales sobre todo para el hígado y los riñones.

Además, detalló que existen dos estrategias generales para el direccionamiento de fármacos al sistema esquelético dependiendo del tipo de enfermedad: una considera el transporte hasta todo el conjunto óseo con actividad preferencial en el hueso, y la otra se dirige a células formadoras de hueso y otras que reabsorben y remodelan el tejido como osteoclastos y osteoblastos, entre otras.

“Sucede que ambas presentan dos retos importantes a superar: por un lado, la pérdida de la actividad de la droga al ser entregada, y por otro, la aparición de efectos adversos”, señaló la especialista, y continúa: “Esto hace que se necesite gran cantidad de estudios que permitan identificar los mecanismos, la eficiencia de reparto, y las condiciones óptimas”.

La proyección del grupo en el corto y mediano plazo es concluir los ensayos in vitro y avanzar con otros in vivo, tal como estipula el procedimiento de una investigación científica controlada.

Por Mercedes Benialgo – Conicet La Plata

Sobre investigación:

Darlin Johana Pérez Enríquez. Becaria doctoral. INIFTA.

María Laura Dittler. Becaria posdoctoral. CINDEFI.

Emiliano Bértoli. Becario doctoral. INIFTA.

María Laura Dell´Arciprete. Investigadora adjunta. INIFTA.

Mónica Cristina González. Investigadora principal. INIFTA.