Avances en el diseño de nanovehículos para el transporte de fármacos

1. Avances en el diseño de nanovehículos
para el transporte de fármacos
Lic. Heber E. Andrada
Seminario presentado como requisito para el Doctorado en Física
15 de octubre de 2018

2. ✓ Hace más de 4000 mil años, médicos egipcios usaban píldoras y ungüentos para tratar enfermedades.
Motivación
✓ Facilitar el transporte de fármacos (proteger el fármaco y evitar problemas de solubilidad en fase acuosa).
✓ Administrarlo de forma controlada (terapias dirigidas, evitar su acumulación en órganos no deseados).
✓ Liberarlo secuencialmente en el tiempo (mejorar la eficacia del fármaco).
Referencias
Verma, G.; Hassan, P. A. Phys. Chem. Chem. Phys., (2013), 15(40), 17016-17028.
Yan, L.; Chen, X., Nanomaterials for drug delivery. In Nanocrystalline Materials, Second Ed., (2014), 221-268.
Beija, M.; Salvayre, R.; Lauth-de Viguerie, N.; Marty, J. D., Trends Biotechnol., (2012), 30(9), 485-496. 2
✓ Desde los comienzos de la humanidad, el hombre utilizó fármacos para tratar diversas enfermedades.
Por tal motivo en la actualidad y con el avance de la nanotecnología, se están diseñando nanosistemas capaces de:
Con el correr del tiempo se diseñaron distintas formulaciones farmacéuticas para suministrar un fármaco:
- Sólidas: capsulas, comprimidos, polvos.
- Semi sólidas: ungüentos, pomadas, cremas.
- Líquidas: inyectables, jarabes, etc.
➢ Estas formulaciones son poco efectivas para el tratamiento de algunas enfermedades (necesitan reformularse para ser
más eficaces).

3. -Introducción
-Nanopartículas para vehiculizar
fármacos y aplicaciones
✓ Liposomas
✓ Ciclodextrinas
✓ Dendrímeros
✓ Nanopartículas poliméricas
✓ Nanopartículas magnéticas.
-Conclusiones
Estructura del seminario
3
¿Qué son?
¿Cómo funcionan?
Ejemplos de usos y aplicaciones

4. Átomo
Molécula
ADN Virus Bacteria
Célula
animal
Célula vegetal
Hormiga
Microscopio
Electrónico Microscopio
Óptico Ojo
humano
Nanopartículas
Micropartículas
0,1nm 1nm 10nm 100nm 1μm 10μm 100μm 1mm
4
Introducción

5. Liposomas
80-300nm
Nanopartículas
magnéticas
10-300nm
Nanopartículas
poliméricas
10-100nm
Dendrímeros
1-10nm
Ciclodextrinas
0,5 - 1nm
Nanopartículas para vehiculización de fármacos
5
Nanopartículas
cargadas con fármaco Liberación
del fármaco

6. Estímulo exógeno Estímulo endógeno
Multiestímulo
Distintos tipos de estímulos para la liberación de fármacos
Temperatura
Ultrasonido
Luz
Eléctrico
Magnético
Luz - redox pH-redox Temperatura – magnético
Enzimas
Redox
6

7. 7
Curva de la concentración plasmática de un fármaco al ser administrado, en función del tiempo.

8. Liposomas
8

9. Liposomas
Proteínas que llevan el liposoma
a una zona determinada
del cuerpo
Bicapa lipídica
Azúcares que
evitan la destrucción
por el sistema
inmune
Fármacos liposolubles
en la bicapa lipídica
Fármaco hidrofóbico
Fármaco hidrofílico
Ácido graso Alcohol graso
Monoglicérido
Diglicérido
Triglicérido
9
s
Acido fólico
Receptor de folato
Célula cancerosa
El receptor de ácido fólico, media la captación
de la vitamina B9 por endocitosis, se encuentra
sobre-expresado en células cancerosas.
A. Hilgenbrink, P. Low, J Pharm Sci, 94, (2005), 2135-2146.

10. Tipos de liposomas
Catiónicos
Sensibles a
ultrasonidos
Funcionalizados
Sensibles a pH Fluorescentes Termosensibles 10

11. Liposoma Funcionalización del
liposoma
Droga cargada en el
liposoma
Droga anticancerígena
Droga cargada en el liposoma,
dentro de la célula cancerosaLiberación de la droga
Permeación y
retención
Aplicaciones de los liposomas
S. Hossen. K. Hossain, K. Basher, H. Mia, T. Rahman y M. Jalal Uddind. Journal of Advanced Research (2018).
11

12. Ciclodextrinas
12

13. Ciclodextrinas
Unidad de glucosa
Núcleo hidrofóbico
Exterior hidrofílico
Degradación enzimatica del almidón con Ciclodextrina
glicosiltransferasa (CGTasa) y α-amilasa.
Bacillus amylobacter
13
Se utiliza específicamente para fármacos poco solubles en agua.

14. N
Cl
+-
BHDC
O
OHOH2C
HO
O
O
HOH2C
OH
O
O
HOH2C
OH
O
O
CH2OH
OH
O
O
CH2OH
HO
O
O
CH2OH
HO
O OHO
OH
HO
HO
HO
OH
OH
OH
CH2OH
-CD
OH
O
O
10 O
CD
m=1
Mod-CD14
Mod-β-CD14 (ModCD14), bencil-n-hexadecildimetilamonio (BHD), se autoensambla en agua formando vesículas.
O. Silva, R. de Rossi, N. Correa, J. Silber y R. Falcone. RSC Adv., 2018, 8, 12535.
Vesícula de ciclodextrina con BHD
Bicapa de ciclodextrina
con BHD
Surfactante cataniónico
14
Fármaco
hidrofóbico Ciclodextrina
Complejo
CD - fármaco
Fármaco hidrofílico

15. Aminated-–CD (amino-–CD)
FGA- Fluoresceinil Glicina Amida (5- (Aminoacetamido) Fluoresceína)
A. Siriviriyanun, Y. Tsai, S. Voon, S. Kiew, T. Imae, L. Kiew, C. Looi, W. Wong, H. Lee y L. Chung.
Mater. Sci. Eng. C Mater .Biol. Appl. 89, (2018),307-315.
15
Intercalación
Complejo con topoisomerasa
Terapia Fotodinámica

16. 16
Dendrímeros

17. Dendrímeros
Segunda
generación
Cavidades interiores
donde se alojan
los fármacos o drogas
Enlaces internos
Grupos funcionales superficiales
Primera
generación
Principio activo
Fármaco
Prueba fluorescente
Prueba fluorescente
Agente director
Son macromoléculas poliméricas tridimensionales de construcción arborescente
Núcleo
(a) Fármaco como huésped (enlace no covalente).
(b) Fármaco unido covalentemente al dendrímero.
Semilla inicial
del dendrímero
17M. Marcos y J. Serrano. An. Quím. 2009, 105(2), 103-110.

18. Primaquine fosfato para tratar la malaria, una enfermedad causada por parásitos.
PAMAM (3,3-bis (metilamino) -N-metildipropilamina).
PAMAM
Aplicaciones de dendrímeros
18
Galactosa se utiliza con fines de mejorar la biocompatibilidad .

19. FGA- Fluoresceinil Glicina Amida
(5- (Aminoacetamido) Fluoresceína
Ácido fólico
A. Siriviriyanun, Y. Tsai, S. Voon, S. Kiew, T. Imae, L. Kiew, C. Looi, W.
Wong, H. Lee y L. Chung. Mater. Sci. Eng. C Mater .Biol. Appl. 89,
(2018),307-315.
19

20. Nanopartículas poliméricas
20

21. Chitosan Alginato
Polisacárido ánionico de D-manurónico y L-gulurónico.Polisacárido catiónico de β- D-glucosamina y N-acetil-D-glucosamina.
ácido β - D - manurónico ácido α - L - gulurónico
N-glucosamina
N-acetilglucosamina
Forma aniónica
Forma catiónica
Presente ampliamente en las paredes
celulares de las algas marinas pardas.
Extraído de las cáscaras de crustáceos marinos
21

22. J. Venkatesan, S. Anil, S. Kim y M. Shim, Polymers 2016 , 8 (2), 30.
Insulina
Chitosan
Chitosan
Alginato
Alginato
Sonicación
Insulina cargada
en la nanopartícula 22

23. J. Lakkakula, T. Matshaya y R. Werner Maçedo Krause, Materials Science and Engineering C, 70, (2017), 169–177.
5-Fluorouracilo (5-FU): se usa como un agente anticanceroso.
Perfil de liberación
23

24. Nanopartículas magnéticas
24

25. Nanopartículas magnéticas
Fe3O4 NPs Fe3O4 /PDA NPs
Fe3O4 /PDA/PEG NPs Fe3O4 /PDA/PEG/DOX NPs
Fe3O4 nanopartículas NPs
Polidopamina PDA
Polietilenglicol (PEG)
Doxorubicina (DOX)
Conjugación Absorción
Célula cancerosa
Guía magnética
Terapia
fototérmica
Quimioterapia
DOXPEG
pH=8,5
NIR laser
PEG: Estabilizante y agente antiaglutinante 25

26. Acumulación selectiva de nanopartículas magnéticas en la masa tumoral, como
consecuencia de la influencia de un gradiente magnético aplicado.
M. Oroujeni, B. Kaboudin, W. Xia, P. Jönsson y D. Ossipov. Organic Coatings,
114, (2018), 154-161. 26

27. 27Nanopartículas magnéticasS. Nigam, D. Bahadur. Nanomedicine, (2018).
%doxorubicinrelease
Doxorubicin
Doxorubicin - PAMAM

28. Conclusiones
✓ Nanopartículas poliméricas, a base de polímeros naturales (biocompatibilidad y biodegradabilidad).
✓ Nanopartículas magnéticas, capaces de ser dirigidas hacia un sitio u órgano especifico (fármacos contra el cáncer y
antibióticos).
✓ Ciclodextrinas, 6, 7 u 8 moléculas de glucosa formando un anillo, con núcleo hidrofóbico.
✓ Dendrímeros, polímeros con crecimiento en forma arborescente (encapsulación física o conjugación química).
✓ Liposomas, bicapas lipídicas, con núcleo hidrofílico para administración de fármacos.
28
En este seminario se presentaron distintos tipos de nanotrasportadores de fármacos, sus propiedades y aplicaciones.
Perspectivas a futuro
Estos nanovehículos son muy prometedores, permiten suministrar un fármaco de forma eficiente, para ser utilizado en diversos
tratamientos y enfermedades.
Además de los nanovehículos mostrados, se está probando transportar fármacos y realizar terapias mediante:
- Nanotubos de carbono, virus vegetales, polímeros biocompatibles, nanopartículas metálicas, nanocage (nanojaulas), entre otros.
Se hablo de:

29. Muchas gracias!!!
29

30. 30

31. Nanotubos de carbono para vehiculizar drogas

32. Nanopartículas metálicas
Terapia química y fototérmica
32

33. C. Chen, J. Zhou, X. Han, F. Song, X. Wang y Y. Wang, Nanotechnology, 25, (2014), 255101.
33

34. Matriz de quitosano con cadenas laterales de polianilina conjugada.
Espectroscopia de infrarrojo cercano ( NIRS )
34