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Nanopartículas visibles en la piel humana - Representación 3D / Adobe Stock
Cerdanyola del Vallès, 1 de diciembre de 2022. La administración de fármacos por vía cutánea permite subministrar agentes terapéuticos y cosméticos a través de la piel. Esta ruta de administración trae consigo diversas ventajas como, por ejemplo: una alta conformidad del paciente, evitar que el fármaco llegue a concentraciones muy elevadas una vez alcanza la circulación sistémica y muchos menos efectos secundarios en comparación con otras vías de administración.
Aun así, la piel tiene una estructura peculiar que asegura nuestra protección y obstaculiza que los fármacos entren al organismo. Para vencer este problema, una posible solución es utilizar los denominados potenciadores de la permeabilidad, como las nanopartículas. Se trata de moléculas farmacológicamente inactivas que pueden incrementar la permeabilidad de la piel interactuado con el estrato córneo, la primera capa de la epidermis, que es la capa más externa de la piel. Sin embargo, los mecanismos que dan lugar a la interacción de las nanopartículas con la piel siguen siendo desconocidos.
Una investigación liderada por la Universidad de Oporto (Portugal) en colaboración con el Sincrotrón ALBA ha estudiado por primera vez la interacción de nanopartículas poliméricas con la piel utilizando luz de sincrotrón.
Las nanopartículas que se utilizaron están hechas de fucoidano y quitosano. Se trata de polímeros marinos biocompatibles y biodegradables, que además son abundantes en la naturaleza y tienen un bajo coste. El fucoidano se obtiene a partir de las algas pardas y el quitosano es un derivado de las “cáscaras” de las gambas y otros crustáceos.
Los descubrimientos que se describen en este trabajo han contribuido a desvelar el papel de los diferentes componentes de la piel y del posible mecanismo de mejora de la permeabilidad que confieren las nanopartículas estudiadas. El uso de un sistema de administración basado en nanopartículas reducirá la dosis necesaria debido a una administración más controlada del fármaco y permitirá una mejora de las estrategias terapéuticas por vía cutánea.
La Microscopía Infrarroja por Transformada de Fourier basada en Sincrotrón disponible en la línea de luz MIRAS de ALBA es una técnica no invasiva muy potente para la caracterización de la piel a nivel molecular. Permite el análisis de la composición y los cambios conformacionales en moléculas como proteínas, lípidos, carbohidratos y ácidos nucleicos.
Luz de sincrotrón para comparar la acción de diferentes polímeros
En este trabajo, el equipo de investigación comparó el mecanismo de mejora de la permeabilidad de nanopartículas producidas con quitosano de bajo peso molecular y de peso molecular medio, ya que se sabe que el peso molecular influye en las propiedades físicas de este polímero. El peso molecular de un polímero indica la longitud media de las subunidades – cadenas – repetitivas que lo forman.
Los resultados mostraron que las nanopartículas con quitosano de bajo peso molecular son más apropiadas para tratamientos cutáneos locales ya que son más estables en el pH de la piel, que es más bajo que el pH fisiológico. Por otro lado, las nanopartículas con quitosano de peso molecular medio permanecen estables tanto en el pH cutáneo como en el fisiológico, de manera que son aptas para tratamientos locales y sistémicos.
Además, el equipo llevó a cabo un ensayo in vitro de permeabilidad cutánea para poder evaluar completamente el papel de las nanopartículas como potenciadoras de la permeabilidad. Para simular la encapsulación de un fármaco, las científicas “rellenaron” las nanopartículas con calceína. Se trata de una molécula hidrofílica, lo que significa que le “atrae” el agua y “repele” los lípidos. Así, la encapsulación en el interior de las nanopartículas poliméricas debería ayudarle a viajar más fácilmente a través de los lípidos que forman la piel. Los resultados demostraron que tanto las nanopartículas con quitosano de bajo peso molecular como de peso molecular medio mejoraron la difusión de la calceína a través de la piel. Esto demuestra las propiedades potenciadoras de la permeabilidad de estas nanopartículas.
Los experimentos de sincrotrón llevados a cabo mostraron que las nanopartículas con quitosano de bajo peso molecular provocaron la desorganización de los lípidos de la piel, mientras que las nanopartículas con quitosano de peso molecular medio interaccionan con la estructura de las proteínas de la piel. Por lo tanto, se demuestra que la interacción de las nanopartículas con la piel es diferente en función del peso molecular del quitosano, pero el resultado en cuanto a permeabilidad es similar. En resumen, los datos sugieren que ambos tipos de nanopartículas actúan como potenciadores en la permeabilidad de la calceína en la piel.
Figura. Resumen gráfico. El gráfico izquierdo presenta los espectros infrarrojos de la piel dentro de la región espectral de la proteína y las contribuciones de las bandas amida I y amida II para el estrato córneo. El gráfico derecho muestra la evaluación de la región de estiramiento del lípido CH2 de la piel para el estrato córneo. Muestras tratadas con agua - control (azul), nanopartículas F/CM (rojo) y nanopartículas F/CL (verde).
Referencia: Sofia A. Costa Lima, Ana Isabel Barbosa, Cláudia Nunes, Ibraheem Yousef, Salette Reis. Synchrotron-based infrared microspectroscopy of polymeric nanoparticles and skin: Unveiling molecular interactions to enhance permeation. Chemistry and Physics of Lipids (2022). DOI: https://doi.org/10.1016/j.chemphyslip.2022.105254
Con la colaboración de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología. El Sincrotrón ALBA forma parte de la red de Unidades de Cultura Científica y de la Innovación (UCC+i) de la Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología (FECYT) y ha recibido apoyo a través del proyecto FCT-21-17088.
