Células en cápsulas Nuevo enfoque en el tratamiento de enfermedades
Farmazian doktorea. Biofarmazia, Farmakozinetika eta Farmazia-teknologiako irakasle kolaboratzailea
Farmazia Fakultatea UPV-EHU, Vitoria-Gasteiz
Microcápsulas XX. Su uso se remonta a mediados del siglo XX, concretamente en el ámbito farmacéutico. En un principio se pretendía desarrollar compuestos farmacéuticos que fluyen a largo plazo, es decir, producir sistemas de flujo controlado del producto. De esta forma se conseguía liberar lentamente el medicamento y alargar el efecto beneficioso a lo largo del tiempo. En otros casos, la tecnología de las cápsulas se utilizó para ocultar el sabor de ciertas susbancias o reducir la irritación gástrica provocada por la medicación. Con el tiempo, las microcápsulas se extendieron a la alimentación (encapsulando vitaminas y olores dulces) o a la agricultura (con pesticidas y fertilizantes). La biotecnología de este nuevo siglo también ha buscado la respuesta a los problemas médicos en la encapsulación.
Pero, ¿qué es la microencapsulación celular?
Esta técnica consiste en recoger el material biológico (células, bacterias...) en esferas poliméricas no contaminantes y biodegradables. Las células encapsuladas, además de fluir productos beneficiosos para los pacientes (insulina, hormona del crecimiento...), mantendrán la función en el tiempo.
Las células son capturadas en cápsulas de forma circular. Las cápsulas tienen un aspecto similar al de las células normales: la membrana de la cápsula parece una membrana lipídica de la célula y las células encapsuladas un conjunto de organelas intracelulares. Con este diseño, la unión completa de las células permite almacenarlas en una esfera de materiales no contaminantes y construir una zona de protección.
Esta técnica debe ser vista como una nueva estrategia de administración de medicamentos. A diferencia de los productos farmacéuticos convencionales (comprimidos o cápsulas), en el caso de células encapsuladas, además de la farmacia, su fábrica, es decir, la propia célula, está en el medicamento. De este modo, una sola vez es suficiente para que se note el beneficio durante mucho tiempo y el paciente no tendrá que tomar la píldora o la inyección de insulina cada día. Además, el taller biológico encapsulado (las células) comprenderá mejor que nadie el estado del cuerpo, por lo que su producción será acorde con las necesidades del cuerpo.
Razones para encapsular células
Teniendo en cuenta que las células son productoras de productos beneficiosos, ¿por qué no sólo se suministran células? La respuesta a la pregunta debe buscarse en nuestra respuesta inmunológica. De hecho, la respuesta inmunológica que desarrolla el cuerpo contra partículas extrañas (virus, microorganismos...) destruirá cualquier material biológico (además del material del paciente). El cuerpo no percibe las células dadas desde fuera como propias y no entiende que su función es curar el cuerpo. En consecuencia, activa los linfocitos y segrega anticuerpos para destruir las células.
Las células, encapsuladas en esferas poliméricas, se ocultan de la respuesta inmunológica. Para ello es absolutamente necesario que los polímeros sean biocompatibles, es decir, que no sean nocivos para las células y el cuerpo. La respuesta inmunológica no considerará ninguna cápsula desconocida y las células encapsuladas trabajarán durante mucho tiempo (meses o años). Las cápsulas requieren un diseño adecuado para su correcto funcionamiento. El laboratorio de Farmacia y Tecnología Farmacéutica de la Facultad de Farmacia de la UPV/EHU se dedica a la investigación y producción de cápsulas con fines terapéuticos.
Para obtener un buen producto, primero hay que tener en cuenta el tamaño de la esfera. En las microcápsulas el diámetro de la esfera es inferior a un milímetro. Esto se debe a que cuanto menor sea el tamaño, mayor será la vida de las células, debido principalmente a la mayor dispersión de nutrientes y oxígeno a las células. Al mismo tiempo, la membrana de las microcápsulas debe ser semipermeable.
Esta característica permite a las sustancias atravesar la membrana en función de su tamaño y carga. Es decir, se eliminarán los residuos (lactato) y las sustancias beneficiosas secretadas por las células y se introducirán sin obstáculos moléculas de pequeño tamaño (oxígeno, glucosa...). Pero los linfocitos y anticuerpos no podrán dispersarse hasta el interior de la esfera y las células estarán completamente protegidas. Esta característica se denomina inmunobabesa (Figura 1).
Proceso de encapsulación celular
Las microcápsulas pueden ser fabricadas con diferentes materiales y técnicas, pero el procedimiento de microencapsulación sigue un protocolo general: primero se mezclan la solución de polímero y las células y después se crean microcápsulas. Finalmente, para que sean semipermeables, las cápsulas se recubren con otros materiales (Figura 2-A). Por todo ello, los factores más importantes a controlar son dos: 1) herramienta de encapsulado y material utilizado y 2) tipo de célula seleccionada.
- La producción de cápsulas puede ser muy variada, aunque probablemente el material más investigado y utilizado ha sido el alginato polímero. El alginato es un polisacárido que se extrae de algas marrones. Se trata de una sustancia natural con una carga negativa en disolución y unas excelentes propiedades encapsuladoras. El alginato, al mezclarse con una sustancia de carga opuesta (principalmente poli-L-lisina, PLL), produce una membrana semipermeable de alta estabilidad. Otro recubrimiento realizado con una capa de alginato generará una membrana de alginato pll-alginato de alta estabilidad y biocompatibilidad (Figura 2-B). Existen diferentes herramientas de encapsulación celular. En el laboratorio de Farmacia y Tecnología Farmacéutica se utiliza un generador de gotas electrostático que produce cápsulas del mismo tamaño. Se llama generador de gotas porque genera gotas muy pequeñas de la suspensión polímero celular y electrostático porque utiliza un diferencial de potencia para conseguir el objetivo.
- La biología es tan importante como el desarrollo tecnológico en la producción de microcápsulas. La elección del tipo de célula es fundamental, ya que aunque fluya el mismo producto beneficioso, la biología de cada tipo de célula condicionará el éxito de la técnica. Por otra parte, para conseguir grandes cantidades de células es importante que durante la fase de crecimiento las células tengan una alta capacidad de fragmentación. Pero es aún más urgente perder en la medida de lo posible esta capacidad tras su encapsulación.
Y es que si las células se multiplican mucho dentro de la cápsula, no habrá alimento para todos y muchas células mueren. Además, un aumento excesivo del número de células podría provocar la explosión de la cápsula, que quedaría condicionada por la respuesta inmunológica de las células (ver ejemplo en la Figura 3).
Resultados y beneficio para la sociedad
En la bibliografía científica se pueden encontrar fácilmente aplicaciones exitosas de encapsulación. Muchos se refieren a investigaciones realizadas con animales de laboratorio, pero un alto porcentaje son pruebas realizadas con seres humanos. El protocolo de preparación de las cápsulas es muy similar para todas las enfermedades: sólo varía el tipo de célula y la vía de administración.
En la actualidad, las células pueden ser tomadas de fuentes cada vez más diversas, bien desde el propio enfermo (alogenéticos) o desde un animal (xenogénicos). Por ejemplo, para buscar una solución a la diabetes, varios investigadores han encapsulado las islas de Langerhans obtenidas a partir de cerdos (células del área de producción de insulina). De hecho, la insulina porcina y la insulina humana se separan en un único aminoácido. En una sesión clínica se logró la incorporación de las islas encapsuladas a un paciente y una reducción significativa de la dosis diaria de insulina. Además, pasó un mes sin tomar ninguna inyección. Otras enfermedades han sido tratadas con éxito mediante células xenas y alogénicas. Por ejemplo, hipoparatiroidismo, inferioridad hepática y renal o dolor.
A estos resultados hay que añadir los avances en terapia génica. En la actualidad, las células pueden ser transferidas para que desprendan el producto biológico deseado, para lo cual la porción de ADN correspondiente al producto beneficioso se establece en el genoma de las células y la célula que no fluía nada se convierte en la fábrica del producto. Gracias a la terapia génica y a la lectura del genoma humano, se analizarán miles y miles de fragmentos de ADN desconocidos y muchos se convertirán en recetas de nuevos productos beneficiosos.
Por ejemplo, VIII. y IX. factores de coagulación, citocinas, factores neurotróficos, etc. Se ha producido durante mucho tiempo en animales de laboratorio tras la aplicación de microcápsulas a los animales. Durante un estudio se implantaron en los ratones del laboratorio las células encapsuladas que segregaban la hormona del cultivo. La figura 4 muestra las diferencias entre los dos ratones (control y cápsula). Los resultados son muy esperanzadores.
Pero la utilidad de la encapsulación no se limita a las enfermedades hereditarias. Uno de los males más terribles de la actualidad, el cáncer, ha sido tratado con éxito en animales de laboratorio. Las cápsulas utilizadas en esta investigación producían un factor que frena el crecimiento del cáncer. Por otro lado, la acumulación de agua en el intestino debida a la inferioridad renal ha sido fácilmente reparada tras la administración bucal de las cápsulas que contienen bacterias. Por último, muchas enfermedades degenerativas del sistema nervioso (Alzheimer, Parkinson, Enfermedad de Huntington, etc.) son tratados con células encapsuladas, tanto en investigaciones básicas como en ensayos clínicos.
Los investigadores están investigando nuevas formas de administración celular, como la vía oral, la vía craneal, la subcutánea, etc. Todavía queda mucho por investigar y probar, y quedan por hacer nuevas legislaciones, pero la tecnología de encapsulación celular avanza día a día.
El uso de las células es ilimitado, permite tratar muchas enfermedades y es seguro. En el caso de la terapia génica, las células pueden llevar genes de seguridad y genes reguladores. Todo ello hace pensar en una técnica prometedora.
En ella se pueden ver 3 tipos de células del mismo tipo de cápsulas: hibridomas, fibroblastos y mioblastos. Cada tipo de célula tendrá una respuesta dentro de la cápsula. Por ejemplo, los hibridomas producen áridos de alta densidad celular. Esta situación es bastante perjudicial, ya que las células sufren la falta de oxígeno y mueren mucho. Los fibroblastos producen áridos de menor tamaño. Sin embargo, estudios realizados con animales de laboratorio han demostrado que los áridos de fibroblastos pueden explosionar cápsulas y causar cáncer o tumores. Como se puede apreciar en la figura, los mioblastos no producen agregados y se convierten en otro tipo de células sin poder multiplicador. De este modo, el número de células no se ve alterado ni existe riesgo de explosión de la cápsula. Por lo tanto, parece que las células más adecuadas para encapsular son los mioblastos. (Figura 3. G. Orive Arroyo)
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