Sistemas de Administración de Fármacos: Administración Localizada de Fármacos de Manera Controlada
- ¿Qué son los sistemas de administración de fármacos?
- ¿Cómo se usan los sistemas de administración de fármacos en la práctica médica actual?
- ¿Qué tecnologías están desarrollando los investigadores financiados por el NIBIB para la administración de fármacos?
- ¿Cuáles son algunas áreas importantes para investigación futura en sistemas de administración de fármacos?
¿Qué son los sistemas de administración de fármacos?
Los sistemas de administración de fármacos son tecnologías diseñadas para la administración localizada y/o la liberación controlada de agentes terapéuticos.
Los fármacos se han usado desde hace mucho tiempo para mejorar la salud y alargar la vida. La práctica de administración de fármacos ha cambiado dramáticamente en las últimas décadas y se anticipan cambios aún mayores en el futuro cercano. Los ingenieros biomédicos no sólo han contribuido considerablemente a nuestro entendimiento de los obstáculos fisiológicos para una administración de fármacos eficiente—como el transporte en el sistema circulatorio y el movimiento de los fármacos a través de células y tejidos—sino que han contribuido al desarrollo de varios modelos nuevos de administración de fármacos que han entrado en la práctica clínica.
Sin embargo, con todo este progreso, muchos medicamentos, aún los que han sido descubiertos usando las estrategias más avanzadas en la biología molecular, tienen efectos secundarios inaceptables debido a la interacción del fármaco con partes del cuerpo que no son el sitio destinado del fármaco. Los efectos secundarios limitan nuestra capacidad de diseñar medicamentos óptimos para muchas enfermedades tales como el cáncer, las enfermedades neurodegenerativas y las enfermedades infecciosas.
Los sistemas de administración de fármacos controlan el ritmo de liberación del fármaco y el lugar en el cuerpo donde se libera. Algunos sistemas pueden controlar ambas cosas.
¿Cómo se usan los sistemas de administración de fármacos en la práctica médica actual?
Históricamente, los médicos han intentado dirigir sus intervenciones a áreas de la enfermedad o áreas en riesgo por enfermedad. Algunas veces ocurren efectos secundarios dependiendo del medicamento, la manera en que se administra, y cómo responden nuestros cuerpos. Estos efectos secundarios pueden variar enormemente de persona a persona, en tipo y severidad. Por ejemplo, un fármaco oral para alergias estacionales puede provocar somnolencia no deseada o malestar estomacal.
La administración de fármacos en forma local en lugar de sistémicamente (que afectan todo el cuerpo) es una manera común de disminuir los efectos secundarios y la toxicidad del fármaco, a la vez que se maximiza el impacto del tratamiento. Una pomada antibacterial tópico (usado en la piel) para una infección localizada, o una inyección de cortisona para una articulación dolorosa, pueden evitar algunos de los efectos secundarios sistémicos de estos medicamentos. Hay otras maneras de lograr la administración localizada de fármacos, pero algunos medicamentos solamente se pueden administrar sistémicamente.
¿Qué tecnologías están desarrollando los investigadores financiados por el NIBIB para la administración de fármacos?
La investigación actual sobre sistemas de administración de fármacos se puede describir en cuatro amplias categorías: vías de administración, vehículos de administración, carga, y estrategias de localización.
Vías de administración
Los medicamentos se pueden tomar de varias maneras—por la boca, por inhalación, por absorción cutánea, o por inyección intravenosa. Cada método tiene ventajas y desventajas, y no todos los métodos se pueden usar para cada medicamento. La mejora de los métodos de administración actuales o el diseño de nuevos métodos pueden incrementar el uso de los medicamentos existentes.
Imagen de parche de microagujas, del tamaño de la punta de un dedo, usado para administrar vacunas contra la influenza. Crédito de Fotografía: Dr. Mark Prausnitz, Instituto de Tecnología de Georgia.
Los científicos financiados por el NIBIB están desarrollando un parche de microagujas para administrar vacunas. Estos parches son fáciles de usar, no necesitan refrigeración y no requieren de métodos especiales para desecharlos, por lo que los pacientes pueden usarlos en casa ellos mismos. Esta tecnología podría ser especialmente útil en comunidades rurales que quizás no tengan muchos profesionales de la salud o instalaciones de almacenamiento adecuadas para las medicinas refrigeradas tradicionales.
Vehículos de administración
Así como es más sencillo llevar una bebida en un vaso en lugar de un plato, encontrar el transportador adecuado para los medicamentos ayuda a asegurar que estos lleguen intactos a su destino.
Las “Nanoesponjas”, creadas por los investigadores financiados por el NIBIB, son un vehículo prometedor para tratar el cáncer. Las nanoesponjas, que comprenden un andamio de pequeñas partículas de poliéster especializadas, recubiertas con compuestos de localización de enfermedades y rellenadas con un fármaco anti-cáncer, se albergan en los tumores después de ser inyectadas en el cuerpo. Una vez en su sitio previsto, se degradan de forma segura y lentamente, liberando el medicamento en el sitio del tumor a un ritmo constante y controlado. Estudios anteriores también han demostrado que las nanoesponjas se pueden usar para tratar el glaucoma, la cuarta causa principal de la ceguera.
Al limitar la liberación de medicamentos a través del cuerpo, las nanoesponjas y las biotecnologías relacionadas pueden revivir el uso de fármacos que anteriormente no eran seguros para el tratamiento de enfermedades. Además de ampliar las opciones de tratamientos, los vehículos localizados para la administración de fármacos podrían también ayudar a tratar enfermedades multifármaco-resistentes.
Carga
Quizás la ruta más obvia para mejorar el tratamiento de enfermedades sería enfocarse en los medicamentos en sí. Pero también hay otras opciones de tratamientos. Los investigadores sobre administración de fármacos también están explorando el uso de genes, proteínas y células madre como tratamientos.
Pequeñas partículas biodegradables para acoplamiento de antígenos. Fuente: Lonnie Shea y Stephen Miller
Siguiendo las señales del proceso natural del cuerpo para prevenir la reacción inmunológica, los investigadores desarrollaron partículas microscópicas y biodegradables que pueden bloquear selectivamente las células inmunes asociadas con el trastorno autoinmune de esclerosis múltiple (EM). Unidas con partes de la proteína mielina, el material aislante que recubre las células nerviosas y que se destruye en la EM, las micropartículas fueron efectivas para prevenir el comienzo de EM en ratones y para detener el progreso de la enfermedad cuando se inyectaron después del primer signo de la enfermedad. La terapia de micropartículas también puede ser útil para tratar otros padecimientos inmunológicos, incluyendo las alergias, o para suprimir el rechazo de órganos en pacientes con trasplantes.
Estrategias de localización
Trabajando en un problema al revés puede a veces revelar una solución. En la investigación de administración de fármacos, esto significa empezar con un método de administración que tenga un sitio de destino conocido, que podría ser órganos enteros (corazón, pulmones, cerebro), tipos de tejido (músculo, nervio), estructuras de enfermedades específicas (células tumorales), o estructuras en el interior de las células.
Los investigadores financiados por el NIBIB desarrollaron una nanopartícula de virus de plantas que puede dirigirse y adherirse a las células de cáncer de próstata. Cuando se etiquetan con tinturas fluorescentes, las nanopartículas virales pueden mostrar a los investigadores si las células cancerosas se han extendido al hueso en etapas tempranas de la enfermedad, a diferencia de con los escaneos de hueso tradicionales.
Las nanopartículas virales, hechas de virus modificados, se benefician de las formas naturales que los virus han desarrollado para burlar las defensas inmunes y entrar en las células. Esto significa que no necesitan modificarse tanto como otros tipos de nanopartículas para comportarse de maneras deseadas, y sus acciones dentro del cuerpo humano son bien conocidas. Las nanopartículas virales a base de plantas también son biodegradables, inofensivas para los humanos, fáciles de usar y baratas de producir.
El objetivo de más investigación es desarrollar nanopartículas virales que puedan administrar fármacos de quimioterapia directamente a los tumores. Este avance reduciría los efectos secundarios severos por lo general asociados con el tratamiento del cáncer.
¿Cuáles son algunas áreas importantes para investigación futura en sistemas de administración de fármacos?
Mientras los científicos estudian cómo se desarrollan y progresan las enfermedades, también están aprendiendo más acerca de las diferentes maneras en que nuestros cuerpos responden a la enfermedad y la influencia de señales ambientales o genéticas específicas. Junto con los avances en la tecnología, este mayor conocimiento sugiere nuevos enfoques para la investigación de administración de fármacos. Las áreas principales de la investigación futura incluyen:
Cruzar la barrera hematoencefálica (BHE) en enfermedades y trastornos del cerebro
Cuando funcionan correctamente, las diferentes células que componen la BHE regulan constantemente la transferencia de sustancias esenciales entre el flujo sanguíneo y el sistema nervioso central, así como reconocen y bloquean la entrada de sustancias que pueden dañar el cerebro. La administración de fármacos en el cerebro es fundamental para el éxito del tratamiento de ciertas enfermedades, como tumores cerebrales, la enfermedad de Alzheimer y la enfermedad de Parkinson, pero aún se necesitan mejores métodos para cruzar o eludir la BHE. Un método actualmente bajo estudio utiliza técnicas de ultrasonido avanzadas que interrumpen brevemente, y de manera segura, la BHE para que los medicamentos puedan dirigirse a los tumores cerebrales, sin necesidad de cirugía.
Mejorar la administración intracelular localizada
Al igual que nuestros sistemas inmunológicos defienden nuestros cuerpos contra las enfermedades, cada una de nuestras células también tiene procesos internos para reconocer y deshacerse de sustancias potencialmente nocivas y objetos extraños, los cuales pueden incluir fármacos encerrados en vehículos de administración localizada. Por lo que, mientras que los investigadores trabajan en el desarrollo de métodos fiables para administrar tratamientos a células localizadas, aún se necesita más ingeniería para asegurar que los tratamientos lleguen a las estructuras correctas dentro de las células. Idealmente, la atención médica futura incorporará sistemas de administración inteligentes que puedan eludir las defensas celulares, transportar fármacos a sitios intracelulares localizados y liberar los fármacos en respuesta a señales moleculares específicas.
Combinar el diagnóstico y el tratamiento
Todo el potencial de los sistemas de administración de fármacos se extiende más allá del tratamiento. Usando tecnologías de imagen avanzadas con administración localizada, algún día los doctores podrán diagnosticar y tratar enfermedades en un solo paso, una nueva estrategia llamada teranóstica.
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