Las nanopartículas recubiertas de polímero cargadas con fármacos terapéuticos son muy prometedoras para el tratamiento del cáncer, incluido el cáncer de ovario.
por Anne Trafton, Instituto Tecnológico de Massachusetts
Estas partículas pueden dirigirse directamente a los tumores, donde liberan su carga, evitando muchos de los efectos secundarios de la quimioterapia tradicional.
Durante la última década, la profesora Paula Hammond del Instituto MIT y sus estudiantes han creado diversas partículas de este tipo mediante una técnica conocida como ensamblaje capa por capa. Han demostrado que estas partículas pueden combatir eficazmente el cáncer en estudios con ratones.
Para ayudar a acercar estas nanopartículas al uso humano, los investigadores han ideado una técnica de fabricación que les permite generar mayores cantidades de partículas en una fracción del tiempo.
«Los sistemas de nanopartículas que hemos estado desarrollando son muy prometedores, y recientemente nos entusiasman mucho los resultados positivos que hemos observado en modelos animales, especialmente en nuestros tratamientos para el cáncer de ovario», afirma Hammond, quien también es vicerrector de profesorado del MIT y miembro del Instituto Koch para la Investigación Integral del Cáncer. «En última instancia, necesitamos llevar esto a una escala que permita a una empresa fabricarlos a gran escala».
Hammond y Darrell Irvine, profesor de inmunología y microbiología del Instituto de Investigación Scripps, son los autores principales del nuevo estudio, publicado en Advanced Functional Materials . Ivan Pires, doctor (promoción 2024), actualmente investigador posdoctoral en el Hospital Brigham and Women’s y científico visitante en el Instituto Koch, y Ezra Gordon (promoción 2024) son los autores principales del artículo. Heikyung Suh, técnico de investigación del MIT, también es autor.
Un proceso simplificado
Hace más de una década, el laboratorio de Hammond desarrolló una novedosa técnica para construir nanopartículas con arquitecturas altamente controladas. Este enfoque permite depositar capas con diferentes propiedades sobre la superficie de una nanopartícula exponiéndola alternativamente a polímeros con carga positiva y negativa.
Cada capa puede incorporar moléculas farmacológicas u otros agentes terapéuticos. Las capas también pueden contener moléculas de diana que ayudan a las partículas a encontrar y penetrar en las células cancerosas.
Utilizando la estrategia desarrollada originalmente por el laboratorio de Hammond, se aplica una capa a la vez y, tras cada aplicación, las partículas se someten a una centrifugación para eliminar el exceso de polímero. Esto requiere mucho tiempo y sería difícil de escalar a la producción a gran escala, según los investigadores.
Más recientemente, un estudiante de posgrado del laboratorio de Hammond desarrolló un método alternativo para purificar las partículas, conocido como filtración de flujo tangencial. Sin embargo, si bien esto simplificó el proceso, aún presentaba limitaciones debido a su complejidad de fabricación y a la escala máxima de producción.
«Si bien el uso de la filtración de flujo tangencial es útil, aún es un proceso de lotes muy pequeños, y una investigación clínica requiere que tengamos muchas dosis disponibles para un número significativo de pacientes», afirma Hammond.
Para crear un método de fabricación a mayor escala, los investigadores utilizaron un dispositivo de mezcla microfluídica que les permite añadir secuencialmente nuevas capas de polímero a medida que las partículas fluyen por un microcanal dentro del dispositivo. Para cada capa, los investigadores pueden calcular con exactitud la cantidad de polímero necesaria, lo que elimina la necesidad de purificar las partículas después de cada adición.
«Esto es realmente importante porque las separaciones son los pasos más costosos y que consumen más tiempo en este tipo de sistemas», afirma Hammond.
Esta estrategia elimina la necesidad de mezclar manualmente los polímeros, optimiza la producción e integra procesos que cumplen con las buenas prácticas de fabricación (BPF). Los requisitos de BPF de la FDA garantizan que los productos cumplan con los estándares de seguridad y se puedan fabricar de forma consistente, lo que resultaría muy complejo y costoso con el anterior proceso por lotes escalonado. El dispositivo microfluídico que utilizaron los investigadores en este estudio ya se utiliza para la fabricación conforme a las BPF de otros tipos de nanopartículas, incluidas las vacunas de ARNm.
«Con el nuevo enfoque, hay muchas menos posibilidades de que el operador cometa errores o contratiempos», afirma Pires. «Este proceso se puede implementar fácilmente en las BPM, y ese es realmente el paso clave. Podemos crear una innovación dentro de las nanopartículas capa por capa y producirla rápidamente de forma que podamos iniciar ensayos clínicos».
Producción a gran escala
Con este enfoque, los investigadores pueden generar 15 miligramos de nanopartículas (suficientes para unas 50 dosis) en tan solo unos minutos, mientras que con la técnica original se tardaba casi una hora en crear la misma cantidad. Esto podría permitir la producción de partículas más que suficientes para ensayos clínicos y uso en pacientes, según los investigadores.
«Para ampliar este sistema, simplemente hay que seguir utilizando el chip y resulta mucho más fácil producir más material», afirma Pires.
Para demostrar su nueva técnica de producción, los investigadores crearon nanopartículas recubiertas con una citocina llamada interleucina-12 (IL-12). El laboratorio de Hammond ya había demostrado que la IL-12, administrada mediante nanopartículas capa por capa, puede activar células inmunitarias clave y ralentizar el crecimiento de tumores ováricos en ratones.
En este estudio, los investigadores descubrieron que las partículas cargadas con IL-12 fabricadas con la nueva técnica mostraron un rendimiento similar al de las nanopartículas capa por capa originales. Además, estas nanopartículas no solo se unen al tejido canceroso, sino que también presentan una capacidad única para no penetrar en las células cancerosas. Esto permite que las nanopartículas actúen como marcadores en las células cancerosas que activan el sistema inmunitario localmente en el tumor. En modelos murinos de cáncer de ovario, este tratamiento puede retrasar el crecimiento tumoral e incluso curarlo.
Los investigadores han solicitado una patente para la tecnología y ahora colaboran con el Centro Deshpande para la Innovación Tecnológica del MIT con la esperanza de formar una empresa que la comercialice. Si bien inicialmente se centran en cánceres de la cavidad abdominal, como el cáncer de ovario , el trabajo también podría aplicarse a otros tipos de cáncer, incluido el glioblastoma, según los investigadores.
Más información: Ivan S. Pires et al., Ensamblaje de nanopartículas capa a capa mediante microfluidos de alto rendimiento, Advanced Functional Materials (2025). DOI: 10.1002/adfm.202503965 advanced.onlinelibrary.wiley.c… .1002/adfm.202503965
Leyenda foto principal: Este dispositivo microfluídico permite ensamblar nanopartículas rápidamente y en grandes cantidades. Crédito: Gretchen Ertl
