Ha sido un proceso de años, pero el potencial de las vacunas de ARN mensajero (ARNm) al fin se ha hecho realidad gracias a una pandemia global que ha acelerado la investigación y la innovación en ese campo. El éxito de las vacunas de ARNm no habría sido posible sin otra tecnología subyacente: las nanopartículas lipídicas (NPL) que protegen el ARNm y lo introducen en las células. En este artículo analizaremos el panorama de la investigación de las nanopartículas lipídicas y las oportunidades futuras de la nanotecnología más allá de la COVID-19.
Puede obtener más información sobre el proceso que ha llevado de los liposomas a las nanopartículas lipídicas en el informe de CAS Insights sobre la nanotecnología y su aplicación en la administración de fármacos, su papel en la revolución del ARN y las oportunidades que se abren en campos como la cosmética, la agricultura y otros muchos.
Nanotecnología y vacunas de ARNm: ¿una historia de éxito?
Aunque se han desarrollado varias vacunas para luchar contra el SARS-CoV-2, las dos vacunas de ARNm con nanopartículas lipídicas de Moderna y Pfizer-BioNTech han sido las más utilizadas, lo que demuestra el importante papel de la nanotecnología en la respuesta a la pandemia de COVID-19. La administración a gran escala de estas vacunas en 2021 cambió el rumbo de la pandemia y causó una reducción drástica en el número de casos de COVID-19.
Sin embargo, debido a la rápida propagación del virus, han aparecido algunas variantes nuevas del SARS-CoV-2 y se espera que surjan otras, lo que plantea un enorme reto de salud pública. Las variantes clasificadas como preocupantes, como delta y ómicron, han afectado a la eficacia de las vacunas, ya que han reducido el funcionamiento de los anticuerpos neutralizantes. Sin embargo, las nanotecnologías pueden ser la clave en la lucha contra las variantes del SARS-CoV-2. Actualmente, los científicos están explorando varias formas de utilizar la nanotecnología con este fin, lo que incluye los anticuerpos neutralizantes inducidos por la vacuna y transportados por nanopartículas, los anticuerpos neutralizantes modificados y los “nanoseñuelos”. Esta última estrategia requiere crear nanoproteínas que actúen como señuelos e interactúen con el receptor de la enzima convertidora de angiotensina 2 (ECA2) expresado en las células, lo que inhibe la unión del virus con ECA2 y protege a las células del anfitrión frente a la infección. Estas nanotecnologías se han utilizado para acelerar el final de la nueva pandemia de coronavirus, pero ¿cómo podemos aplicar lo aprendido gracias a este intenso esfuerzo investigador en otras áreas con necesidades no resueltas, por ejemplo, otras enfermedades infecciosas globales?
El desarrollo de la tecnología de las nanopartículas lipídicas
Antes de pensar en el futuro, vamos a repasar la historia de la tecnología de nanopartículas lipídicas. Todo empezó en 1965 con el descubrimiento de los liposomas: unas vesículas cerradas con dos capas de lípidos que se crean espontáneamente en el agua para formar cápsulas de grasa. Los investigadores vieron de inmediato su potencial para la administración de medicamentos por su capacidad para encapsular fármacos de moléculas pequeñas y mejorar su solubilidad acuosa (es sabido que más del 40 % de estos agentes tienen una baja solubilidad en agua). Desde el descubrimiento inicial de los liposomas, la tecnología se ha seguido modificando y perfeccionando para optimizar el funcionamiento de las nanopartículas lipídicas y crear fármacos liposómicos y plataformas de administración de fármacos extremadamente versátiles.
Aunque en la actualidad han ganado protagonismo como componentes de las vacunas de ARNm para la COVID-19, las nanopartículas lipídicas se usan con éxito como medicamentos desde hace décadas. En 1995, Doxil, una formulación basada en NPL del agente antineoplásico doxorubicina, se convirtió en el primer medicamento liposómico aprobado. Otro fármaco liposómico, Epaxal, es una formulación a base de NPL de un antígeno de proteína que se usa como vacuna para la hepatitis. Al rebufo de este avance, en 2018 la Food and Drug Administration estadounidense aprobó Onpattro (Patisiran), un fármaco de moléculas de ARN de interferencia pequeño basado en NPL para el tratamiento de las polineuropatías inducidas por la amiloidosis por transtiretina hereditaria. Este hito fundamental allanó el camino para el desarrollo clínico de muchos tratamientos a base de ácidos nucleicos posibilitados por la administración de nanopartículas (puede consultar la figura 1 para ver un cronograma de los principales avances de las nanopartículas lipídicas y leer el informe de CAS Insights para obtener una perspectiva más detallada).
La nanotecnología después de la COVID
Un análisis reciente de CAS Content Collection™ exploró el panorama de la investigación relacionada con las nanopartículas lipídicas. El análisis reveló que de las más de 240 000 publicaciones científicas sobre NPL de CAS Content Collection™, más de 190 000 son del periodo 2000-2021, lo que pone de manifiesto el creciente interés por la nanotecnología. Se prevé un crecimiento aún mayor impulsado por la aplicación de la nanotecnología para combatir enfermedades infecciosas en la estela de la COVID-19 y se calcula que el mercado de la nanomedicina alcanzará un valor de más de 164 000 millones de dólares en 2027.
Aunque las nanopartículas lipídicas gozan de un gran reconocimiento como sistemas de administración de fármacos, esta tecnología no está exenta de limitaciones. Los liposomas —considerados la primera generación de NPL— requieren métodos de producción complejos en los que intervienen disolventes orgánicos, tienen una baja eficiencia de captura de fármacos y son difíciles de aplicar a gran escala. Aunque algunos avances clave de la nanotecnología, como el desarrollo de nanopartículas lipídicas sólidas y de portadores lipídicos nanoestructurados, han ayudado a resolver estos problemas (consulte la tabla 1), siguen existiendo obstáculos. Los costes de fabricación, la escalabilidad, la seguridad y la complejidad de los nanosistemas se deben tener en cuenta y se deben comparar con los posibles beneficios. Para superar las limitaciones actuales de esta tecnología, los investigadores están estudiando la siguiente generación de nanopartículas lipídicas y explorando sistemas de administración más sofisticados con prestaciones mejoradas.
Tabla 1. Tipos de nanopartículas lipídicas: estructura y función
El éxito en la aplicación de la nanotecnología en las vacunas de ARNm para la COVID-19 ha generado un interés renovado por el uso de esta tecnología para tratar enfermedades infecciosas como la malaria, la tuberculosis (TB) y el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH), entre otras. La nanotecnología tiene el potencial de transformar tanto la detección como el tratamiento de estas enfermedades. La versatilidad de la tecnología significa que los tratamientos encapsulados en liposomas, nanopartículas de polímeros y cristales de nanomedicamentos se pueden administrar de forma local o sistémica para su liberación gradual o inmediata. Las posibilidades son ilimitadas.
Sin embargo, aunque algunas enfermedades infecciosas (como el VIH) han sido objeto de numerosos esfuerzos de investigación, otras como la malaria y la tuberculosis se han abordado con menos entusiasmo. La financiación (o la falta de ella) ha sido tradicionalmente un factor que ha limitado el progreso de las nanotecnologías en estas áreas con carencias no resueltas. Pero eso puede estar a punto de cambiar. Un equipo de la Johns Hopkins está desarrollando una plataforma para acelerar el diseño de nanopartículas lipídicas para la administración de medicamentos genéticos, lo que hace que el proceso sea mucho más asequible. El equipo está usando esa tecnología para desarrollar una vacuna contra la malaria que ataque al parásito que causa la enfermedad durante su ciclo de vida en el hígado.
Se abre un futuro brillante para la nanotecnología
La nanotecnología ha abierto un nuevo horizonte en la ciencia, especialmente en la medicina. El uso de nanopartículas lipídicas como vector de administración de las vacunas de ARNm contra la COVID-19 contribuirá probablemente a ampliar el alcance de las investigaciones futuras. Surgirán diseños de nanoportadores más sofisticados y multifuncionales que permitirán abordar carencias actuales y futuras que aún no se han resuelto.
Consulte el informe de CAS Insights para obtener un análisis más detallado de las oportunidades pasadas, presentes y futuras para las tecnologías de nanopartículas lipídicas.
