Nanoparticulas de oro como transportadores de antirretroviralesimplicaciones en la farmacocinética y la farmacodinamia

Resumen

El desarrollo de resistencias por los patógenos, junto con la presencia de reservorios donde los fármacos presentan un acceso limitado, impide una erradicación completa de infecciones como es el caso del VIH. La nanotecnología es un área de gran interés para la búsqueda de sistemas que eviten esta problemática. Por ello, el primer objetivo de esta tesis doctoral, ha sido la realización de una completa revisión bibliográfica sobre el uso de nanopartículas en enfermedades infecciosas, tanto bacterianas, virales, fúngicas o por parásitos. Esta revisión ha puesto de manifiesto cómo el uso de nanopartículas ayuda a mejorar la eficacia de los fármacos, incluso frente a cepas resistentes o biofilms. Además, algunos tipos de nanopartículas pueden utilizarse como agentes antimicrobianos. Teniendo en cuenta estas propiedades, algunas nanopartículas se han incorporado a dispositivos médicos como catéteres, implantes o adhesivos. Además, también están siendo utilizadas para el desarrollo de vacunas y agentes teragnósticos. En el presente trabajo de investigación se han seleccionado las nanopartículas de oro (AuNP), que se pueden sintetizar y caracterizar por métodos simples y económicos y utilizar como sistema de vectorización. Como fármaco modelo se ha seleccionado la estavudina que se caracteriza por una corta semivida, limitado acceso al interior celular que se traduce en bajas concentraciones intracelulares y por presentar efectos secundarios dosis-dependientes, condiciones que se pueden optimizar mediante el uso de un sistema transportador para la vectorización y liberación controlada del fármaco. Así, el siguiente objetivo de esta tesis doctoral ha sido el desarrollo y caracterización de un nanotransportador basado en nanopartículas de oro, para su uso como sistema de liberación de estavudina en células del sistema inmunológico reservorios del VIH, como son los macrófagos. Se han sintetizado nanopartículas de diferentes tamaños mediante el método de Turkevich. Posteriormente, se han caracterizado mediante dispersión dinámica de la luz (DLS), microscopía electrónica de transmisión (TEM) y espectroscopía UV-visible. La eficacia de carga de las nanopartículas es un proceso tiempo-dependiente, alcanzando el 70 % a las 24 h. La liberación del fármaco desde las AuNPs es pH-dependiente y se ajusta al modelo de Korsmeyer-Peppas. Tras la incubación in vitro de estos sistemas con macrófagos humanos, se observó un incremento de la concentración de estavudina intracelular a las 24 h analizada por un método de cromatografía líquida de ultra alta presión (UHPLC). Una vez desarrollado un método simple de síntesis y caracterización del sistema estavudina-nanopartículas de oro, se evaluó la influencia de propiedades de las nanopartículas como tamaño, carga o presencia de ligandos en la captación por macrófagos. Se utilizaron nanopartículas de oro de 10, 40 y 70 nm, estabilizadas con citrato (con carga negativa), polietilenglicol (con carga neutra) y polietilenimina ramificada (con carga positiva). El uso de estos sistemas se comparó con la captación de estavudina en solución por parte de los macrófagos, observándose una potenciación de la captación del fármaco a todos los tiempos analizados, con las nanopartículas. Además, esta mayor concentración intracelular induce la activación específica de citocinas inflamatorias relacionadas con la actividad antiviral de los macrófagos. Tras los resultados de los estudios in vitro, el siguiente objetivo fue el estudio in vivo de la farmacocinética y biodistribución de estavudina unida a nanopartículas de oro en los reservorios del VIH. Para ello se seleccionaron las nanopartículas de citrato de 40 nm. El análisis de las concentraciones de estavudina en sangre, macrófagos, médula ósea, timo, cerebro, bazo e hígado por UHPLC, indicó un incremento del área bajo la curva (AUC0∞), tiempo medio de residencia, semivida y coeficiente de distribución en la mayoría de los tejidos, tras la administración de estavudina incorporada a las AuNPs. Destacando especialmente los macrófagos y el hígado que son dos importantes reservorios del VIH. También se observó un incremento en el volumen de distribución y en el aclaramiento plasmático de estavudina cuando se incorpora en nanopartículas de oro. Como último objetivo de esta tesis doctoral se ha desarrollado un modelo farmacocinético/farmacodinámico (PK/PD) para observar la evolución de la carga viral y la concentración de estavudina mediante simulación de Monte Carlo. Los resultados de este estudio mostraron que el uso de las nanopartículas permite incrementar las concentraciones en macrófagos manteniendo unos niveles más estables en sangre, que administrando el fármaco en forma libre. Además, la probabilidad de conseguir unos niveles bajos de carga viral y altos valores de células T es mayor y durante más tiempo con el uso de las nanopartículas de oro de estavudina. A partir de estos resultados se puede concluir que las nanopartículas constituyen una alternativa a los tratamientos de enfermedades infecciosas, permitiendo la vectorización de los fármacos a los reservorios de los patógenos. Entre todos los tipos de nanopartículas, las nanopartículas de oro son una alternativa prometedora pudiendo ser sintetizadas y caracterizadas fácilmente. Su uso como sistema transportador permite incorporar altas dosis de estavudina en bajas concentraciones de oro, las cuales se liberan de forma controlada. El uso de nanopartículas de oro de 40 nm estabilizadas con citrato favorece el incremento de las concentraciones intracelulares en los macrófagos, induciendo una activación concentración dependiente de citocinas relacionadas con la actividad antiviral de dichas células. Además, vectorizan el fármaco hacia órganos diana del VIH como los macrófagos, el hígado, el cerebro y el timo, a la vez que incrementan el tiempo de residencia del fármaco. Estos cambios farmacocinéticos repercuten en la farmacodinamia del virus. Por tanto, el tratamiento con estavudina unida a nanopartículas de oro tiene mayor probabilidad de conseguir bajos niveles de carga viral y altos valores de células T durante tiempos prolongados.