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Desarrollan micropartículas para administrar vacunas que con una sola inyección proporcionen múltiples dosis

Europa Press · 15 julio 2022

Estas micropartículas, que pueden ajustarse para administrar su carga útil en diferentes momentos, podrían utilizarse para crear vacunas auto-reforzantes.

La mayoría de las vacunas, desde el sarampión hasta el Covid-19, requieren una serie de inyecciones múltiples antes de que el receptor se considere totalmente vacunado. Para que esto sea más fácil de conseguir, los investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), en Estados Unidos, han desarrollado micropartículas que pueden ajustarse para administrar su carga útil en diferentes momentos, lo que podría utilizarse para crear vacunas 'auto-reforzantes'.

En un nuevo estudio, publicado en Science Advances, los investigadores describen cómo se degradan estas partículas a lo largo del tiempo y cómo pueden ajustarse para que liberen su contenido en distintos momentos. El estudio también ofrece información sobre cómo se puede proteger el contenido para que no pierda su estabilidad mientras espera a ser liberado.

Con estas partículas, que se asemejan a minúsculas tazas de café cerradas con una tapa, los investigadores podrían diseñar vacunas que sólo tuvieran que administrarse una vez y que luego se "autoreforzaran" en un momento determinado del futuro. Las partículas pueden permanecer bajo la piel hasta que la vacuna se libere y luego se rompa, como las suturas reabsorbibles.

Este tipo de administración de vacunas podría ser especialmente útil para administrar vacunas infantiles en regiones donde la gente no tiene acceso frecuente a la atención médica, dicen los investigadores.

"Se trata de una plataforma que puede ser ampliamente aplicable a todo tipo de vacunas, incluidas las basadas en proteínas recombinantes, las basadas en el ADN e incluso las basadas en el ARN --explica Ana Jaklenec, investigadora del Instituto Koch de Investigación Integrativa del Cáncer del MIT--. Entender el proceso de cómo se liberan las vacunas nos ha permitido trabajar en formulaciones que abordan parte de la inestabilidad que podría inducirse con el tiempo".

Los investigadores afirman que este método también podría utilizarse para administrar una serie de otras terapias, como medicamentos contra el cáncer, terapia hormonal y fármacos biológicos.

Los investigadores describieron por primera vez su nueva técnica de microfabricación para hacer estas micropartículas huecas en un artículo de Science de 2017. Las partículas están hechas de PLGA, un polímero biocompatible que ya ha sido aprobado para su uso en dispositivos médicos como implantes, suturas y prótesis.

Para crear partículas con forma de taza, los investigadores crean matrices de moldes de silicona que se utilizan para dar forma a las copas y tapas de PLGA. Una vez formada la matriz de copas de polímero, los investigadores emplean un sistema de dispensación automatizado hecho a medida para llenar cada copa con un fármaco o una vacuna. Una vez rellenados los vasos, se alinean las tapas y se bajan sobre cada taza, y el sistema se calienta ligeramente hasta que el vaso y la tapa se fusionan, sellando el fármaco en su interior.

Esta técnica, denominada SEAL (StampEd Assembly of polymer Layers), puede utilizarse para producir partículas de cualquier forma o tamaño. En un artículo publicado recientemente en la revista Small Methods, el autor principal, Ilin Sadeghi, del MIT, crearon una nueva versión de la técnica que permite la fabricación simplificada y a mayor escala de las partículas.

En el nuevo estudio, los investigadores querían saber más sobre cómo se degradan las partículas a lo largo del tiempo, qué es lo que hace que las partículas liberen su contenido y si sería posible mejorar la estabilidad de los fármacos o las vacunas que llevan las partículas.

Sus estudios sobre el mecanismo de liberación revelaron que los polímeros de PLGA que componen las partículas son escindidos gradualmente por el agua, y cuando se han roto suficientes de estos polímeros, la tapa se vuelve muy porosa. Poco después de que aparezcan estos poros, la tapa se rompe, derramando el contenido.

"Nos dimos cuenta de que la formación repentina de poros antes del punto de liberación es la clave que conduce a esta liberación pulsátil --señala Morteza Sarmadi, especialista en investigación del Instituto Koch y autor de estudio--. No vemos ningún poro durante un largo periodo de tiempo, y luego, de repente, vemos un aumento significativo de la porosidad del sistema".

A continuación, los investigadores se propusieron analizar cómo afectaban a la liberación del fármaco diversos parámetros de diseño, como el tamaño y la forma de las partículas y la composición de los polímeros utilizados para fabricarlas.

Para su sorpresa, los investigadores descubrieron que el tamaño y la forma de las partículas apenas afectaban a la cinética de liberación del fármaco. Esto diferencia a las partículas de la mayoría de los otros tipos de partículas de administración de fármacos, cuyo tamaño desempeña un papel importante en el momento de la liberación del fármaco. En cambio, las partículas de PLGA liberan su carga útil en distintos momentos en función de las diferencias en la composición del polímero y los grupos químicos unidos a los extremos de los polímeros.

"Si queremos que la partícula se libere al cabo de seis meses para una determinada aplicación, utilizamos el polímero correspondiente, o si queremos que se libere al cabo de dos días, utilizamos otro polímero --explica Sarmadi--. Una amplia gama de aplicaciones puede beneficiarse de esta observación".

Los investigadores también investigaron cómo afectan a las partículas los cambios de pH ambiental. Cuando el agua descompone los polímeros de PLGA, los subproductos incluyen el ácido láctico y el ácido glicólico, que hacen que el entorno general sea más ácido. Esto puede dañar los fármacos que llevan las partículas, que suelen ser proteínas o ácidos nucleicos sensibles al pH.

Los investigadores trabajan ahora en formas de contrarrestar este aumento de la acidez, lo que esperan que mejore la estabilidad de la carga útil transportada dentro de las partículas.

El equipo de investigación ya ha utilizado esta estrategia para diseñar una vacuna antipoliomielítica autoinflamable, que ahora se está probando en animales. Normalmente, la vacuna contra la polio tiene que administrarse en una serie de dos a cuatro inyecciones distintas.

"Creemos que estas partículas del núcleo tienen el potencial de crear una vacuna segura, de una sola inyección y autoestimulante, en la que se puede crear un cóctel de partículas con diferentes tiempos de liberación cambiando la composición. Este enfoque de una sola inyección tiene el potencial no sólo de mejorar el cumplimiento del paciente, sino también de aumentar las respuestas inmunes celulares y humorales a la vacuna", dice Langer.

Este tipo de administración de fármacos también podría ser útil para tratar enfermedades como el cáncer. En un estudio de Science Translational Medicine de 2020 los investigadores publicaron un artículo en el que demostraban que podían administrar fármacos que estimulan la vía STING, que promueve las respuestas inmunitarias en el entorno de un tumor, en varios modelos de cáncer de ratón. Tras ser inyectadas en los tumores, las partículas administraron varias dosis del fármaco durante varios meses, lo que inhibió el crecimiento del tumor y redujo la metástasis en los animales tratados.

Referencias: Sci Adv. 13 Jul 2022. Vol 8, Issue 28. DOI:10.1126/sciadv.abn5315

Small Methods. 2022 Jun 28;e2200232. doi: 10.1002/smtd.202200232.

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