Células en cápsulas Novo enfoque no tratamento de enfermidades
2001/11/01 Orive Arroyo, Gorka - Farmazian doktorea. Biofarmazia, Farmakozinetika eta Farmazia-teknologiako irakasle kolaboratzaileaFarmazia Fakultatea UPV-EHU, Vitoria-Gasteiz | Igartua Olaetxea, Manoli | Hernández Martín, Rosa | Rodríguez Gascón, Alicia | Pedraz Muñoz, José Luis Iturria: Elhuyar aldizkaria
Microcápsulas XX. O seu uso remóntase a mediados do século XX, concretamente no ámbito farmacéutico. Nun principio pretendíase desenvolver compostos farmacéuticos que flúen a longo prazo, é dicir, producir sistemas de fluxo controlado do produto. Desta forma conseguíase liberar lentamente o medicamento e alargar o efecto beneficioso ao longo do tempo. Noutros casos, a tecnoloxía das cápsulas utilizouse paira ocultar o sabor de certas susbancias ou reducir a irritación gástrica provocada pola medicación. Co tempo, as microcápsulas estendéronse á alimentación (encapsulando vitaminas e cheiros doces) ou á agricultura (con pesticidas e fertilizantes). A biotecnoloxía deste novo século tamén buscou a resposta aos problemas médicos na encapsulación.
Pero, que é a microencapsulación celular?
Esta técnica consiste en recoller o material biolóxico (células, bacterias...) en esferas poliméricas non contaminantes e biodegradables. As células encapsuladas, ademais de fluír produtos beneficiosos paira os pacientes (insulina, hormona do crecemento...), manterán a función no tempo.
As células son capturadas en cápsulas de forma circular. As cápsulas teñen un aspecto similar ao das células normais: a membrana da cápsula parece una membrana lipídica da célula e as células encapsuladas un conxunto de organelas intracelulares. Con este deseño, a unión completa das células permite almacenalas nunha esfera de materiais non contaminantes e construír una zona de protección.
Esta técnica debe ser vista como una nova estratexia de administración de medicamentos. A diferenza dos produtos farmacéuticos convencionais (comprimidos ou cápsulas), no caso de células encapsuladas, ademais da farmacia, a súa fábrica, é dicir, a propia célula, está no medicamento. Deste xeito, una soa vez é suficiente para que se note o beneficio durante moito tempo e o paciente non terá que tomar a pílula ou a inxección de insulina cada día. Ademais, o taller biolóxico encapsulado (as células) comprenderá mellor que ninguén o estado do corpo, polo que a súa produción será acorde coas necesidades do corpo.
Razóns paira encapsular células
Tendo en conta que as células son produtoras de produtos beneficiosos, por que non só se fornecen células? A resposta á pregunta debe buscarse na nosa resposta inmunológica. De feito, a resposta inmunológica que desenvolve o corpo contra partículas estrañas (virus, microorganismos...) destruirá calquera material biolóxico (ademais do material do paciente). O corpo non percibe as células dadas desde fóra como propias e non entende que a súa función é curar o corpo. En consecuencia, activa os linfocitos e segrega anticorpos paira destruír as células.
As células, encapsuladas en esferas poliméricas, ocúltanse da resposta inmunológica. Paira iso é absolutamente necesario que os polímeros sexan biocompatibles, é dicir, que non sexan nocivos paira as células e o corpo. A resposta inmunológica non considerará ningunha cápsula descoñecida e as células encapsuladas traballarán durante moito tempo (meses ou anos). As cápsulas requiren un deseño adecuado paira o seu correcto funcionamento. O laboratorio de Farmacia e Tecnoloxía Farmacéutica da Facultade de Farmacia da UPV/EHU dedícase á investigación e produción de cápsulas con fins terapéuticos.
Paira obter un bo produto, primeiro hai que ter en conta o tamaño da esfera. Nas microcápsulas o diámetro da esfera é inferior a un milímetro. Isto débese a que canto menor sexa o tamaño, maior será a vida das células, debido principalmente á maior dispersión de nutrientes e osíxeno ás células. Ao mesmo tempo, a membrana das microcápsulas debe ser semipermeable.
Esta característica permite ás sustancias atravesar a membrana en función do seu tamaño e carga. É dicir, eliminaranse os residuos (lactato) e as sustancias beneficiosas secretadas polas células e introduciranse sen obstáculos moléculas de pequeno tamaño (osíxeno, glicosa...). Pero os linfocitos e anticorpos non poderán dispersarse até o interior da esfera e as células estarán completamente protexidas. Esta característica denomínase inmunobabesa (Figura 1).
Proceso de encapsulación celular
As microcápsulas poden ser fabricadas con diferentes materiais e técnicas, pero o procedemento de microencapsulación segue un protocolo xeral: primeiro mestúranse a solución de polímero e as células e despois créanse microcápsulas. Finalmente, para que sexan semipermeables, as cápsulas recúbrense con outros materiais (Figura 2-A). Por todo iso, os factores máis importantes a controlar son dous: 1) ferramenta de encapsulado e material utilizado e 2) tipo de célula seleccionada.
- A produción de cápsulas pode ser moi variada, aínda que probablemente o material máis investigado e utilizado foi o alginato polímero. O alginato é un polisacárido que se extrae de algas marróns. Trátase dunha sustancia natural cunha carga negativa en disolución e unhas excelentes propiedades encapsuladoras. O alginato, ao mesturarse cunha sustancia de carga oposta (principalmente poli-L-lisina, PLL), produce una membrana semipermeable de alta estabilidade. Outro recubrimiento realizado cunha capa de alginato xerará una membrana de alginato pll-alginato de alta estabilidade e biocompatibilidad (Figura 2-B). Existen diferentes ferramentas de encapsulación celular. No laboratorio de Farmacia e Tecnoloxía Farmacéutica utilízase un xerador de pingas electrostático que produce cápsulas do mesmo tamaño. Chámase xerador de pingas porque xera pingas moi pequenas da suspensión polímero celular e electrostático porque utiliza un diferencial de potencia paira conseguir o obxectivo.
- A bioloxía é tan importante como o desenvolvemento tecnolóxico na produción de microcápsulas. A elección do tipo de célula é fundamental, xa que aínda que flúa o mesmo produto beneficioso, a bioloxía de cada tipo de célula condicionará o éxito da técnica. Por outra banda, paira conseguir grandes cantidades de células é importante que durante a fase de crecemento as células teñan una alta capacidade de fragmentación. Pero é aínda máis urxente perder na medida do posible esta capacidade tras a súa encapsulación.
E é que si as células multiplícanse moito dentro da cápsula, non haberá alimento paira todos e moitas células morren. Ademais, un aumento excesivo do número de células podería provocar a explosión da cápsula, que quedaría condicionada pola resposta inmunológica das células (ver exemplo na Figura 3).
Resultados e beneficio paira a sociedade
Na bibliografía científica pódense atopar facilmente aplicacións exitosas de encapsulación. Moitos se refiren a investigacións realizadas con animais de laboratorio, pero unha alta porcentaxe son probas realizadas con seres humanos. O protocolo de preparación das cápsulas é moi similar paira todas as enfermidades: só varía o tipo de célula e a vía de administración.
Na actualidade, as células poden ser tomadas de fontes cada vez máis diversas, ben desde o propio enfermo (alogenéticos) ou desde un animal (xenogénicos). Por exemplo, paira buscar una solución á diabetes, varios investigadores han encapsulado as illas de Langerhans obtidas a partir de porcos (células da área de produción de insulina). De feito, a insulina porcina e a insulina humana sepáranse nun único aminoácido. Nunha sesión clínica logrouse a incorporación das illas encapsuladas a un paciente e una redución significativa da dose diaria de insulina. Ademais, pasou un mes sen tomar ningunha inxección. Outras enfermidades foron tratadas con éxito mediante células xenas e alogénicas. Por exemplo, hipoparatiroidismo, inferioridade hepática e renal ou dor.
A estes resultados hai que engadir os avances en terapia génica. Na actualidade, as células poden ser transferidas para que desprendan o produto biolóxico desexado, para o que a porción de ADN correspondente ao produto beneficioso establécese no xenoma das células e a célula que non fluía nada se converte na fábrica do produto. Grazas á terapia génica e á lectura do xenoma humano, analizaranse miles e miles de fragmentos de ADN descoñecidos e moitos se converterán en receitas de novos produtos beneficiosos.
Por exemplo, VIII. e IX. factores de coagulación, citocinas, factores neurotróficos, etc. Produciuse durante moito tempo en animais de laboratorio tras a aplicación de microcápsulas aos animais. Durante un estudo implantáronse nos ratos do laboratorio as células encapsuladas que segregaban a hormona do cultivo. A figura 4 mostra as diferenzas entre os dous ratos (control e cápsula). Os resultados son moi esperanzadores.
Pero a utilidade da encapsulación non se limita ás enfermidades hereditarias. Uno dos males máis terribles da actualidade, o cancro, foi tratado con éxito en animais de laboratorio. As cápsulas utilizadas nesta investigación producían un factor que frea o crecemento do cancro. Doutra banda, a acumulación de auga no intestino debida á inferioridade renal foi facilmente reparada tras a administración bucal das cápsulas que conteñen bacterias. Por último, moitas enfermidades dexenerativas do sistema nervioso (Alzheimer, Parkinson, Enfermidade de Huntington, etc.) son tratados con células encapsuladas, tanto en investigacións básicas como en ensaios clínicos.
Os investigadores están a investigar novas formas de administración celular, como a vía oral, a vía cranial, a subcutánea, etc. Aínda queda moito por investigar e probar, e quedan por facer novas lexislacións, pero a tecnoloxía de encapsulación celular avanza día a día.
O uso das células é ilimitado, permite tratar moitas enfermidades e é seguro. No caso da terapia génica, as células poden levar xenes de seguridade e xenes reguladores. Todo iso fai pensar nunha técnica prometedora.
Nela pódense ver 3 tipos de células do mesmo tipo de cápsulas: hibridomas, fibroblastos e mioblastos. Cada tipo de célula terá una resposta dentro da cápsula. Por exemplo, os hibridomas producen áridos de alta densidade celular. Esta situación é bastante prexudicial, xa que as células sofren a falta de osíxeno e morren moito. Os fibroblastos producen áridos de menor tamaño. Con todo, estudos realizados con animais de laboratorio demostraron que os áridos de fibroblastos poden estourar cápsulas e causar cancro ou tumores. Como se pode apreciar na figura, os mioblastos non producen agregados e convértense noutro tipo de células sen poder multiplicador. Deste xeito, o número de células non se ve alterado nin existe risco de explosión da cápsula. Por tanto, parece que as células máis adecuadas paira encapsular son os mioblastos. (Figura 3. G. Orive Arroio)
Gai honi buruzko eduki gehiago
Elhuyarrek garatutako teknologia
