Un equipo de investigadores del Caruso Nanoengineering Group de la Universidad de Melbourne ha desarrollado un innovador sistema de administración de fármacos con un potencial excepcional para mejorar el desarrollo de fármacos.
El equipo fue pionero en un sistema de administración de fármacos que consta únicamente de iones metálicos y una red coordinada de biomoléculas, conocida como red metal-biomolécula (MBN). Este sistema elimina la necesidad de “portadores” de fármacos complejos, lo que lo hace potencialmente más eficaz en una variedad de aplicaciones.
El estudio fue publicado Avances de la ciencia y fue dirigido por el profesor laureado de Melbourne y miembro de liderazgo del NHMRC, Frank Caruso, del Departamento de Ingeniería Química de la Facultad de Ingeniería y Tecnología de la Información, con los investigadores Dr. Wanjun Xu y Dr. Zhixing Lin como primeros autores conjuntos.
Las nanopartículas de MBN se forman combinando iones metálicos no tóxicos (como los que se absorben a través de la dieta, como el calcio o el hierro) con moléculas orgánicas de fosfonato (como el ADN, que es la base de la vida). Las nanopartículas de MBN son química y metabólicamente estables y tienen propiedades antivirales, antibacterianas, antifúngicas, antiinflamatorias y anticancerígenas.
El Dr. Zhixing dijo que una de las ventajas más importantes del sistema MBN es el mayor éxito potencial en el desarrollo de fármacos, ya que utiliza materiales que son altamente compatibles con el cuerpo humano y evita el uso de sistemas portadores de fármacos potencialmente tóxicos.
“Hemos desarrollado redes organometálicas funcionales que pueden integrar fácilmente medicamentos biomoléculas para aplicaciones biomédicas como terapia anticancerígena o antiviral, administración de genes, inmunoterapia, biodetección, bioimagen o administración de medicamentos”, dijo el Dr. Zhixing.
Científicos de todo el mundo han desarrollado una gran cantidad de fármacos portadores, pero muchos de ellos fallan debido a la toxicidad de las sustancias que inducen la inmunidad.
“Actualmente, los desafíos del desarrollo y la aprobación de fármacos significan que sólo uno de cada 10.000 compuestos farmacológicos, en promedio, alcanza la aprobación del mercado, mientras que muchos otros fracasan debido a problemas de seguridad. Cualquier ingrediente no activo adicional en los vehículos puede aumentar potencialmente la toxicidad”. dijo el Dr. Wanjun.
El equipo tuvo que superar el desafío de que las cargas biomoleculares “libres” a menudo no pueden llegar a sus células diana para lograr la función biológica requerida. En un proyecto de dos años, pudieron minimizar el uso de componentes redundantes y no funcionales y crear un sistema de componentes simple con una mayor probabilidad de éxito sin comprometer el rendimiento.
Existen varias estrategias para garantizar que las nanopartículas MBN se activen en los sitios requeridos. Por ejemplo, en un entorno de cáncer ácido, como los tumores asociados con el cáncer de mama, donde el microambiente del tumor suele ser más ácido que el tejido circundante, las nanopartículas diseñadas pueden disociarse.
El profesor Caruso dijo que los MBN son “ajustables”, lo que significa que pueden personalizarse para diferentes aplicaciones biomédicas, con tamaño, carga, orientación potencial, así como otras propiedades que pueden diseñarse seleccionando diferentes biomoléculas, iones metálicos y condiciones de ensamblaje. “Esto proporciona un enfoque modular para construir nanopartículas versátiles con diferentes composiciones”.
“Nuestro sistema proporciona información sobre los procesos de ensamblaje fundamentales y nos permitirá crear una biblioteca de nanopartículas bioactivas para la biomedicina, así como para las ciencias ambientales, donde también existen barreras biológicas para su entrega”, dijo el profesor Caruso.
La siguiente fase de la investigación del equipo se centrará en obtener una comprensión más profunda del sistema MBN y probarlo para desarrollar materiales mejorados destinados al tratamiento de enfermedades.