El estudio y desarrollo de polímeros de precisión tomó un papel preponderante en los últimos años por considerarse primordiales en el diseño y construcción de equipos de aplicaciones biomédicas como los dispositivos para la detección, diagnóstico y tratamiento de enfermedades crónico-degenerativas, construcción de prótesis e incluso reconstrucción y regeneración de tejidos.
En el caso de los tratamientos médicos, los polímeros sintéticos empezaron a utilizarse para mostrar mejores propiedades de fármaco-cinética en comparación con el uso de la molécula farmacológicamente activa en su forma simple o individual. Los polímeros, por su tamaño, pueden pasar más tiempo en circulación antes de iniciar su degradación y posterior eliminación del organismo. Por ello, al inicio de la década de 1980 la investigación en torno a los primeros desarrollos de sistemas de liberación controlada (DDS, por sus siglas en inglés) empezó a darse masivamente, encapsulando fármacos para luego ser liberados bajo condiciones específicas en el cuerpo humano de manera controlada y predecible, lo que permite que las moléculas activas permanezcan estables (sin modificación a su estructura química) durante más tiempo en el organismo, reduciendo así la dosis y frecuencia requeridas1.
Existe una larga lista de criterios que un polímero debe cubrir para poder utilizarse como un material con fines terapéuticos. En muchas ocasiones, se emplea nada más como medio de transporte, o para reducir toxicidad, como degradación del fármaco, para incrementar el tiempo de circulación o incluso, para llegar a un sitio específico a través de una reacción química. Para esto, los materiales poliméricos a utilizar deben ser solubles en agua, no-inmunogénicos y no-tóxicos. Si el polímero a utilizar es bio-compatible pero no-biodegradable, como es el caso de algunos polímeros acrílicos que se utilizan ampliamente en biomedicina, deben poseer características macromoleculares que permita ser liberado vía renal, evitando su acumulación en el cuerpo. Por otra parte, si el polímero es biodegradable como algunos poliésteres, deben considerarse otros factores como la toxicidad y respuesta inmunológica que los productos de degradación puedan generar2.
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Cuando se desarrollan materiales de respuesta, es importante diseñar sistemas en los que el mecanismo de acción sea el adecuado para el propósito al cual será destinado y que además el cambio sea rápido y se adapte al ambiente en el cual debe actuar3. Por tal motivo, buena parte de la actividad científica se enfoca en el estudio de materiales de respuesta capaces de reaccionar a estímulos externos, tales como cambios en pH, temperatura, radiación, presión, corriente eléctrica, entre otros. Esto se debe, a que una vez que un estímulo externo alcanza al material, provoca un cambio en la estructura química, lo que modifica alguna propiedad física generando alteraciones principalmente en su solubilidad, pudiendo ser incluso de forma reversible. Cuando se trata para el cuerpo humano, la investigación se centra en cambios en el pH y/o temperatura que son las variables afectadas por alguna enfermedad u organismo patógeno. Así, es posible diseñar aplicaciones y/o sistemas que puedan unirse a la pared celular, romper la membrana celular o bien, liberar una molécula activa. (Ver Figura 1)
Al hablar de materiales de termo-respuesta, estos experimentan un cambio en su estructura química por el estímulo de una temperatura específica, lo que conduce a modificaciones en su volumen y solubilidad. En algunos casos los polímeros se vuelven insolubles al incrementar la temperatura, mientras que otros, se solubilizan cuando esto ocurre. (Ver Figura 2). Los materiales, cuyos estudios han indicado ser potencialmente aplicables en DDS son aquellos que se tornan insolubles en el intervalo de 36 a 40 oC, ya que, si el polímero ayuda a solubilizar un fármaco, al ocurrir un cambio en la solubilidad, el fármaco en el polímero también se verá afectado, pudiendo ser liberado dentro del organismo, lo que incrementa la posibilidad de ser asimilado adecuadamente4. En buena medida el desarrollo de estos sistemas ha sido enfocado al tratamiento de enfermedades como el cáncer, en donde los sitios tumorales, por tratarse de células en constante crecimiento y actividad, presentan una temperatura superior en algunos grados a la temperatura corporal, característica que se aprovecha para que, teniendo el diseño adecuado del sistema, éste pueda activarse tan pronto registre o acceda a una zona más caliente.
Si bien existe una buena cantidad de publicaciones relacionadas a sistemas DDS, no se han reportado aún muchos materiales que pueden presentar un cambio estructural en el intervalo de temperatura a la que opera el cuerpo humano y que además posea las características imprescindibles para aplicaciones biomédicas, algunos de ellos son a) Las Poli (N-acrilamidas) 5,6, b) Poli (metil vinil éter)7, c) Poli (N-vinil caprolactama)8, d) Policaprolactona9,10,e) Polietilenglicol (PEG) 11,12 y metil polietilenglicol (mPEG) 13 y f) Poli alquiloxazolinas14,15,16.
De los mencionados, la poli(N-isopropilacrilamida) (PNIPAM) es el polímero de termo-respuesta más estudiado, es biocompatible, soluble en agua y presenta un cambio en su solubilidad en el intervalo de 32-40 °C17 (muy cercana a la temperatura corporal, esto en función del tamaño de la cadena del polímero), es decir, es un material soluble en agua hasta que alcanza una temperatura superior a los 32 oC18. El PNIPAM, se ha utilizado para el transporte de fármacos como la doxorrubicina e insulina y algunas otras moléculas activas que deben llegar a sitios (como los sitios tumorales) donde la temperatura es ligeramente mayor a la corporal, o donde el pH cambia con respecto al del medio de transporte.
En conclusión, los materiales que responden a estímulos, como los de termo-respuesta, representan una alternativa muy prometedora para su empleo en DDS principalmente al promover la interacción química con el sitio de acción (tejido, células, entre otros), lo que permite una entrega de fármacos más eficiente y selectiva. Existen aún muchos parámetros a evaluar y considerar para lograr el control absoluto del mecanismo una vez que ingresa el material al organismo; continuamente se publican nuevas estrategias, nuevas combinaciones poliméricas, que seguramente llevarán en breve al logro de los objetivos biomédicos planteados.
Fuentes
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Autor: Gladys de los Santos Villarreal, Liliana Trinidad Corona Ruiz, Luis Ernesto Elizalde Herrera, Juan Carlos Romero Cabello / Centro de Investigación en Química Aplicada
