11.2.2 Nanogeles a base de dextrano y dextrinas
El dextrano, resultado de muchas moléculas de glucosa y cadenas de longitudes variables, y las dextrinas, hidratos de carbono de bajo peso molecular producidos por la hidrólisis del almidón o del glucógeno, son ambos adecuados para la preparación de nanogeles debido a su estructura (Fig. 11.3).
Figura 11.3. Estructura del dextrano (A) y de las dextrinas (B).
El interés por materiales con propiedades de liberación de ARNsi fácilmente sintonizables y con un efecto de silenciamiento génico del ARNsi optimizado en términos de magnitud y duración fue un tema de investigación anterior (Raemdonck et al., 2008). En este contexto, se sintetizaron microgeles de dextrano biodegradables catiónicos, en los que el siRNA se cargó con posterioridad a la formación del gel de la red mediante interacciones electrostáticas. La liberación controlada en el tiempo del siRNA se consiguió variando la densidad inicial de la red de los microgeles. Con el fin de lograr la entrega de ARNsi controlada en el tiempo en un entorno intracelular, el mismo grupo de investigadores informó de microgeles catiónicos cargados con ARNsi basados en estructuras de hidroxietil metacrilato de dextrano catiónico (dex-HEMA), y sintetizó nanogeles de dextrano biodegradables catiónicos y evaluó la capacidad de complejizar y posteriormente liberar el ARNsi atrapado (Raemdonck et al., 2009).
Los macrogeles se prepararon a partir de dex-HEMA copolimerizado con monómeros de metacrilato catiónico, donde el HEMA se acopló a la columna vertebral de dextrano a través de un éster de carbonato, permitiendo que la red de hidrogeles catiónicos se biodegrade por hidrólisis en condiciones fisiológicas. Los nanogeles de dextrano cargados positivamente se sintetizaron mediante un método de fotopolimerización en miniemulsión aplicado a dex-HEMA o metacrilato de dextrano en presencia de una cantidad conocida del monómero de metacrilato catiónico y del fotoiniciador Irgacure. La fase de dextrano se emulsionó en aceite mineral sonicado y se reticuló mediante irradiación UV. Los nanogeles sintetizados presentaron una cinética de degradación que puede ser fácilmente adaptada y fueron capaces de atrapar el siRNA en una alta capacidad de carga basada en interacciones electrostáticas. Las células de hepatoma humano HuH-7 internalizaron grandes cantidades de nanogeles cargados con siRNA sin que se produjera una citotoxicidad significativa.
Aunque se ha informado de que los nanogeles dex-HEMA son portadores adecuados para la administración in vitro de siRNA y tienen un tamaño ideal para la administración intravenosa en tumores, se concluyó que poseen tiempos de circulación sanguínea insuficientes para permitir una extravasación y acumulación adecuadas en el tejido tumoral. Así, se propuso un proceso de PEGilación de estos nanogeles para mejorar su tiempo de circulación y minimizar su agregación tras la inyección intravenosa. Como resultado, los investigadores propusieron un nuevo tipo de nanogel y diferentes métodos de PEGilación de los nanogeles de dextrano (Naeye et al., 2010).
Se demostró que la PEGilación covalente de los nanogeles cargados con siRNA utilizando N-hidroxisuccinimidil polietilenglicol (PEG) era superior a la adición tanto de PEG como de ácido poli-l-glutámico injertado con PEG. La investigación in vitro reveló que los nanogeles con PEG actúan eficazmente sobre las células de hepatoma humano HuH-7 y las células de carcinoma epitelial humano A431.
Después de estas investigaciones relativas a los nanogeles de dextrano utilizados como sistemas de nanotransporte para entregar ARNsi in vitro, en otro estudio en el que se utilizaron varios métodos avanzados, se evaluó que los nanogeles de dextrano cargados con ARNsi son hemocompatibles (Naeye et al, 2011).
Así, se utilizaron métodos de agregometría y citometría de flujo para evidenciar las interacciones entre los nanogeles y las células sanguíneas, en condiciones muy parecidas a la situación in vivo. Se llegó a la conclusión de que el PEGilado de los nanogeles de dextrano cargados con ARNsi es probablemente la formulación más segura para la administración de ARNsi in vivo; no influyeron significativamente en sus interacciones con las células, pero es necesario evitar su agregación en el plasma humano.
La preocupación por los nanogeles poliméricos se extendió especialmente debido a sus aplicaciones en la administración de fármacos o el diagnóstico biomédico. Mientras que los nanogeles reticulados químicamente covalentes y los reticulados físicamente no covalentes se consideran los métodos más comunes de preparación, la reticulación supramolecular proporciona una comodidad y flexibilidad únicas. Los investigadores designaron un novedoso nanogel supramolecular con un comportamiento ácido sensible al pH basado en benzimidazol injertado en dextrano (Dex-g-BM) y reticulado a tiol-b-ciclodextrina (b-CD-SH) a través de un grupo hidrosulfuro oxidativo (Chen et al., 2014).
Los nuevos nanogeles supramoleculares tienen una especial sensibilidad supramolecular al pH en condiciones ácidas (pH<6, dentro del rango de los endosomas celulares malignos) y una sensibilidad reducida en respuesta a estímulos biológicamente relevantes, propiedades de gran interés en el campo de la quimioterapia contra el cáncer, ya que este nuevo nanogel supramolecular podría utilizarse como sistema de liberación intracelular de fármacos.
Un novedoso compuesto con curcumina (CCM) basado en NPs biodegradables preparado a través del autoensamblaje de dextrano anfifílico con conjugados de CCM se logró mediante la dispersión directa de los polímeros en agua (Nagahama et al., 2015). Las nuevas NPs conjugadas de dextrano-CCM presentan un alto contenido de carga de CCM y una alta solubilidad en agua. Desde el punto de vista de su aplicabilidad, fue posible entregar las NPs de dextrano-CCM en células HeLa y mostraron una fuerte fluorescencia disponible a través de imágenes de células vivas, aunque las NPs no fueron entregadas en células normales.
Los nuevos nanogeles de ovoalbúmina-dextrano fabricados a través de la reacción de Maillard seguida de un proceso de gelificación por calor, también presentaron potencial para mejorar la biodisponibilidad de la curcumina, que se investigó más a fondo en un tracto gastrointestinal in vitro (Feng et al., 2016).
Los nanogeles de ovoalbúmina-dextrano se prepararon mediante la unión covalente del dextrano a la ovoalbúmina por la reacción de Maillard, y los conjugados se calentaron a continuación en el punto isoeléctrico de la ovoalbúmina para dar nanogeles estables con una estructura esférica. La curcumina se cargó además en los nanogeles mediante un método impulsado por el pH, incorporación que afectó a la morfología marginal de los nanogeles.
La dextrina, que se oxidó con periodato de sodio y se reticuló además con dihidrazida de ácido adípico, se utilizó para la preparación de hidrogeles totalmente reabsorbibles sin utilizar iniciadores químicos (Molinos et al., 2012).
Los hidrogeles presentaron buenas propiedades mecánicas y biocompatibilidad, comprobada por la proliferación de fibroblastos de embrión de ratón 3T3 cultivados sobre el gel. Los hidrogeles oxidados con dextrina también se utilizaron para incorporar nanogeles de dextrina, cargados con interleucina-10 (IL-10) e insulina. Los nuevos sistemas biodegradables con red tridimensional y estructura porosa continua presentaron un sofisticado sistema de liberación controlada de proteínas. Las propiedades de los compuestos también los recomiendan como portadores inyectables de moléculas bioactivas.
Se ha investigado la preparación de nanogeles basados en dextrina reticulada con glioxal (Manchun et al., 2014). Los nanogeles, preparados en emulsión mediante el entrecruzamiento de la dextrina con el glioxal para crear un enlace ácido-lábil, mostraron una carga superficial ligeramente negativa y un comportamiento sensible al pH. Estos nanogeles sensibles al pH (DNGs) también fueron capaces de desencadenar una lenta liberación intracelular de DOX a pH 7,4, que aumentó con la disminución del pH (pH 5>6,8). La citotoxicidad reveló efectos secundarios reducidos en las células no tumorales, como los cardiomiocitos y las células madre.
Una investigación posterior de los mismos autores tuvo en cuenta la mejora del proceso de reticulación de la dextrina mediante el uso de formaldehído (Manchun et al., 2015).
Estos nuevos nanogeles sensibles al pH fueron eficientes como matrices para el DOX (clase de antraciclina) y otras aplicaciones en el tratamiento del cáncer colorrectal. La liberación del fármaco fue lenta a pH neutro, pero aumentó significativamente en medio ácido. Además, la citotoxicidad de los nanogeles con reticulantes de formaldehído (FDNGs) fue menor que la de aquellos con glioxal o incluso que la del fármaco solo. Estos FDNGs también han presentado una liberación efectiva de DOX en los núcleos, una eficacia antitumoral mejorada al inhibir más eficientemente la proliferación y al inducir la apoptosis. Como resultado, los FDNGs fueron considerados como un prometedor vehículo de entrega de fármacos para la terapia del cáncer colorrectal.