Nano fàrmacs contra el càncer

 Per Martina Ribas Ardanuy, 2n BTX CT

 nano tub c
 Nanotub de carboni

INTRODUCCIÓ

Richard Feynman (premi Nobel de física l’any 1965), es pot considerar el pare de la nano tecnologia, La nano tecnologia és l’aplicació de manera pràctica de la nano ciència, és a dir, la ciència dels materials a escala nano mètrica, i la nano medicina és l’aplicació de la nano ciència dins de l’àmbit mèdic.

Motivació

Des d’un inici tenia clar que volia que el meu tema del treball de recerca estigués lligat a la branca de la medicina o la farmàcia. Inicialment vaig enviar una sol•licitud al programa ARGO perquè m’assessoressin amb el tema de “L’ús de cèl•lules mare com a teràpia en patologies cerebrals. No em van aga-far per aquest tema, però em van oferir fer el treball de recerca sobre “els nano fàrmacs”.

Hipòtesis i objectius

L’objectiu principal ha estat entendre el funcionament dels nano fàrmacs i com actuen dins les cèl•lules cancerígenes. Els objectius secundaris han estat veure si els nano fàrmacs són més efectius que la medicina convencional, per què, i els seus avantatges i inconvenients, conèixer el procés de fabricació dels nano fàrmacs, l’encapsulament, els materials dels quals poden estar formats i les dosis, saber per què no s’utilitzen nano fàrmacs com a tractament als hospitals, conèixer les aplicacions que poden tenir a part de curar algunes malalties, conèixer més el nano món i les nano partícules, buscar informació sobre diversos fàrmacs patentats i, per últim, conèixer més a fons el càncer.

La hipòtesi principal ha estat que els nano fàrmacs poden arribar a curar el càncer.

Les hipòtesis secundàries han estat que:

  • els nano fàrmacs són més efectius que la medicina convencional,
  • l’ús de nano fàrmacs no s’ha gene-ralitzat pel seu elevat cost i dificultat de fabricació (no s’utilitzen com a tractament als hospitals),
  • els nano fàrmacs poden tenir efectes secundaris a causa de la toxicitat, però no tants com els fàrmacs convencionals,
  • els nano fàrmacs poden tenir més aplicacions a part de curar malalties, 
  • que ja hi ha nano fàrmacs patentats a l’actualitat i 
  • que es poden utilitzar nano fàrmacs per curar el neuroblastoma infantil.

METODOLOGIA

He dividit el marc teòric del treball de recerca en quatre subapartats que van de més general a més concret:

El més general de tots és el del nano món, on explico la unitat de mesura que s’utilitza en la nano ciència i la nano tecnologia per tal de situar l’escala nanomètrica i donar-la a conèixer i algunes de les aplicacions de productes que tenen una escala nano.

A continuació he explicat què són els nano fàrmacs, els seus usos, els components que es poden utilitzar per crear-los, el procés de creació d’un nano fàrmac i les avantatges i inconvenients de l’ús de nano fàrmacs en comparació amb la medicina tradicional. El procés de creació d’un nano fàrmac consisteix en la part pràctica del treball de Recerca i l’he posat juntament amb la part teòrica ja que d’aquesta manera el treball està més organitzat. L’encapsulament del nano fàrmac el vaig dur a terme als laboratoris de l’IBB i a l’Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia a la UAB.

Seguidament, m’he centrat en els nano fàrmacs utilitzats per tractar una malaltia concreta, en aquest cas el càncer. Primer de tot he definit el càncer (tipus, causes, detecció, tractaments,...), després he explicat alguns dels nano fàrmacs an-ticancerígens que es troben al mercat, com es transporten aquests fàrmacs fins la cèl•lula cancerígena que interessa atacar i com actuen a l’interior d’aquesta cèl•lula. També m’he informat sobre els processos i fases per les quals ha de passar un fàrmac abans de ser comercialitzat i sobre la realitat de l’ús de nano fàrmacs als hospitals catalans. Per saber això, he entrevistat a la oncòloga de la Vall d’Hebron Raquel Hladun.

El subapartat més concret és el del neuroblastoma infantil, on m’he centrat a explicar aquest tipus de càncer i com el podem tractar mitjançant l’ús de nano fàrmacs.

MARC TEÒRIC

Pel propòsit d’aquest resum només farem esment del nano món i de les aplicacions més freqüents de la nanotecnologia en l’actualitat, així com dels avantatges i inconvenients de l’ús dels nano fàrmacs, saltant-nos tota la resta malgrat ser sumament interessant. Si esteu encuriosits podeu llegir el treball sencer.

El nano món i les unitats de mesuratable540

La unitat bàsica de longitud establerta pel Sistema Internacional d’Unitats (SI) és el metre. El metre (m) consta de múltiples i submúltiples, com ara:
La unitat de longitud que interessa en el món nano és un submúltiple del metre, el nanòmetre (nm). “Nano”, és un pre-fix del Sistema Internacional que, com podem observar a la taula, indica el factor de 10-9 (la mil milionèsima part d’un metre).

Aplicacions dels nano materials i nano partícules

Els materials, quan tenen dimensions nano mètriques tenen un comportament molt diferent al que tenen quan la seva mida és macroscòpica (encara que es tracti del mateix material). Aquest canvi de comportament és degut a que:

  • Quan es redueix la mida d’un objecte, la superfície passa a tenir més impor-tància que el volum perquè la seva àrea disminueix menys que el volum. Alguns processos químics (com la catàlisi) tenen una major velocitat de reacció quan un volum fix de material es fragmenta en nano partícules.
  • Les propietats electròniques d’un nano material no es regeixen per la mateixa mecànica que tenen els materials macroscòpics sinó que funcionen amb la mecànica quàntica, que pot variar de forma dràstica les propietats d’un objecte.
  • Si la mida d’una partícula és menor, té més facilitat per accedir a llocs més petits (això pot ser útil en aplicacions mèdiques).

Aquests nous comportaments fan que els productes fabricats amb nano partícules o nano materials tinguin unes propietats innovadores que poden ser molt útils en camps molt diversos. En l’àmbit dels productes cosmètics, per exemple, s’aplica la nano tecnologia en cremes solars d’alta protecció (factor de protecció solar 30+). En aquests productes hi ha partícules de ZnO (òxid de Zinc) o TiO2 (diòxid de titani) d’1 a 100 nm, que aporten una millor extensió i absorció, i són transparents i més fluïdes per la qual cosa interessen més per causes estètiques. L’ús de nano partícules a aquestes cremes comença a ser un tema de debat a l’actualitat ja que poden penetrar la pell i arribar a ser nocives i perjudicials per l’organisme. Al ser un un “invent” relativament nou, encara no es coneixen els efectes a llarg termini.

Les pastes de dents són un altre producte que pot contenir nano partícules, en aquest cas d’hidroxiapatita (Ca5(PO4)3(OH)), que és un fosfat de calci que forma part de l’estructura d’ossos i dents i, si forma part d’un dentrífic, pot ajudar a la regeneració de les dents, formar una capa sobre aquestes que les protegeixi de l’erosió i aportar propietats blanquejants. També es poden utilitzar nano partícules de plata, que tenen propietats antibacterianes i poden ajudar a combatre el mal alè i les malalties de les genives. A l’última dècada s’han patentat 151 aplicacions odontològiques dins de l’àmbit de la nano tecnologia, entre les quals hi ha nous mètodes d’empast i noves maneres d’anestesiar.

robaUn altre camp d’aplicació és la roba. S’utilitzen nano partícules de plata per fabricar teixits que donen propietats hidròfobes la roba i tenen propietats antibacterianes que poden ajudar a prevenir males olors. Aquestes alliberen ions carregats positivament que poden parar el funcionament dels bacteris. També es poden utilitzar nano partícules de silici, que constitueixen peces de roba super hidròfobes, que repel•leixen l’aigua i eviten les taques a causa de la tensió superficial.grafe240

Les nano partícules també s'apliquen als dispositius electrònics. Així, per exemple, el grafè consisteix en una làmina de carboni d’un àtom de gruix que és transparent, flexible, molt resistent, impermeable, abundant, econòmic i força conductor de l’electricitat. En un futur es podrà utilitzar per millorar l’autonomia de bateries (tenen 10 vegades més durada), als ultracondensadors, com a material de construcció (grafè en pols) i en aplicacions mèdiques com ara la creació d’implants neuronals i la reparació de teixit nerviós.

Els nanotubs de carboni, tenen un diàmetre de pocs nanòmetres (de 0,8 a 20nm) i una llargada que pot arribar a 1 mm. Estan formats d’una o més làmines de grafit (red hexagonal de grafit corvada) que pot ser monocapa o multicapa. Són estructures lleugeres, amb una gran resistència mecànica, bons conductors de la calor, durs, tenaços, flexibles, elàstics i poden considerar-se metàl•lics o semiconductors segons la seva estructura. Es poden utilitzar als díodes, transitors, a les pantalles planes, làmpades, sensors, microscopis, revestiments d’avions i cotxes, teixtits i pintures.

En l’àmbit sanitari tenim els nano fàrmacs que són medicaments a escala nanomètrica, formats per un principi actiu, que és el medicament, i un mecanisme de transport (vehicle), que és un sistema que té la funció de protegir i transportar el fàrmac fins on ha de ser alliberat de manera específica. Aquests vehicles han de tenir unes característiques, com ara una baixa toxicitat, unes propietats per poder garantir un bon transport i una vida mitjana llarga. Es poden utilitzar nano fàrmacs per tractar malalties, com ara la malària, el Parkinson, malalties autoinmunes, i també per fabricar gel col•loïdal per frenar hemorràgies.

Avantatges i inconvenients

Entre els avantages dels nano fàrmacs destaquen:

  • Els nano fàrmacs, a diferència de la medicina tradicional, no són sistèmics, és a dir, que no afecten a totes les cèl•lules del cos. Tan sols afecten a aque-lles cèl•lules que realment necessiten el nano fàrmac, per tant és una teràpia localitzada i controlada.
  • La dosis efectiva del nano fàrmac (la dosi mínima del medicament capaç de produir l’efecte desitjat) és molt baixa. Els nano fàrmacs no poden ser filtrats pels glomèruls renals del ronyó a causa de la seva major mida i, per tant, la major part del fàrmac administrat no es perd pel camí i va a parar allà on és necessari. Per tant, es necessita menys quantitat de fàrmac pel mateix efecte i els nano fàrmacs tenen una major eficàcia terapèutica.
  • A causa del punt anterior s’evita l’hepatoxicitat, que es tracta del dany provo-cat al fetge (encarregat d’eliminar agents parcialment tòxics del cos) a causa de la ingestió de compostos químics o orgànics. Com que el nano fàrmac només va a parar a les cèl•lules que el necessiten, les cèl•lules del fetge no queden perjudicades.
  • A causa de la disminució de la toxicitat també s’eviten molts dels efectes secundaris. Per exemple, en el cas de la quimioteràpia convencional, es veuen afectades les cèl•lules dels fol•licles pilosos (per això es perd el cabell), els òrgans del sistema reproductor (produint infertilitat), les cèl•lules que produ-eixen sang a la medul•la òssia i les cèl•lules de la boca, de la persona sot-mesa a aquesta teràpia. Altres efectes secundaris són nàusees i vòmits, he-matomes, pell resseca i canvis de pes, entre molts d’altres. En el cas dels nano fàrmacs quimioterapèutics, un 50% del fàrmac acaba al tumor, mentre que la resta es perd. Un altre exemple serien les teràpies on es vol fer front a un paràsit (com la malària), on poca quantitat del medicament total adminis-trat arriba a la cèl•lula infectada pel paràsit i hi ha molts patògens que sobre-viuen creant resistència. Mitjançant l’ús de nano fàrmacs, aquesta resistència es pot evitar.
  • Hi ha alguns medicaments tradicionals que tenen naturaleses hidrofòbiques, cosa que pot fer que precipitin en un medi aquós. Això amb els nano fàrmacs s’evita. Els nano fàrmacs amb sistemes d’alliberació com ara micel•les o lipo-somes, aporten al medicament un ambient tant hidrofòbic com hidrofílic, aug-mentant la solubilitat del fàrmac.

Com a inconvenients esmentaríem que:

  • Els nano fàrmacs actualment són molt cars. Aquest elevat preu no és degut als costos de fabricació (que no són gaire alts) sinó que es deu a les patents.
  • Com és una teràpia nova, està poc generalizada i no es coneixen els efectes secundaris que poden arribar a tenir a llarg termini.
  • Utilitzant nano fàrmacs, tot i que la toxicitat disminueix molt, hi poden haver reaccions adverses que obliguin a parar el tractament, com en els fàrmacs convencionals.
  • Els nano fàrmacs no fan augmentar l’efectivitat del tractament ja que el principi actiu és el mateix que en el fàrmac tradicional. D’aquesta manera, el percentatge de mortalitat no és redueix, sinó que es manté.

CONCLUSIONS

Acabat el treball de recerca he pogut observar que algunes de les hipòtesis s’han complert, mentre que d’altres no. La hipòtesi principal, que era que els nano fàrmacs poden arribar a curar el càncer, és certa. A molts hospitals ja s’utilitzen nano fàrmacs com a tractament habitual d’aquesta patologia, i estan obtenint bons resultats (la PEC-asparaginasa per tractar limfomes i leucèmies, per exemple). No he pogut comprovar aquesta hipòtesi experimentalment en un laboratori sinó mitjançant una entrevista amb la oncòloga infantil Raquel Hladun.

Les hipòtesis secundàries que em vaig plantejar van ser:

  • Els nano fàrmacs són més efectius que la medicina convencional. Aquesta no és certa. Els nano fàrmacs no són més efectius que la medicina convencional ja que el principi actiu és el mateix, però permeten dur a terme una teràpia dirigida, reduir els efectes secundaris, reduir les dosis administrades i evitar les reaccions adverses a causa de les dosis acumulades.
  • L’ús de nano fàrmacs no s’ha generalitzat pel seu elevat cost i dificultat de fabricació (no s’utilitzen com a tractament als hospitals). Aquesta tampoc és certa. Aquests fàrmacs, tot i que són cars a causa de les patents, es comencen a utilitzar als hospitals, tant en assaigs clínics, com en tractaments habituals. A mesura que el seu ús vagi augmentant, més econòmics seran.
  • Els nano fàrmacs poden tenir efectes secundaris a causa de la toxicitat, però no tants com els fàrmacs convencionals. Aquesta hipòtesi és certa. Un fet que caracteritza l’ús de nano fàrmacs, és que permeten reduir molt els efectes adversos. Utilitzant nano fàrmacs hi pot haver toxicitat, però aquesta toxicitat sempre serà menor que la que aporten els fàrmacs tradicionals.
  • Els nano fàrmacs poden tenir més aplicacions a part de curar malalties. També certa. Els nano fàrmacs, en l’àmbit mèdic, no només poden utilitzar-se per curar un ampli ventall de malalties sinó com mètodes diagnòstics, per prevenir malalties (vacunes) o per facilitar intervencions quirúrgiques frenant hemorràgies
  • Ja hi ha nano fàrmacs patentats a l’actualitat. La hipòtesi és certa. Hi ha una gran quantitat de nano fàrmacs patentats per diverses farmacèutiques i aquest nombre va creixent any rere any. Per exemple, mentre que al 1993 les patents en nano medicina registrades a l’oficina Europea de patents van ser 200, l’any 2003 van ser dos mil patents relacionades amb nano medicina, de les quals un 59% eren nano fàrmacs.
  • Es poden utilitzar nano fàrmacs per curar el neuroblastoma infantil. Aquesta hipòtesi pot ser és certa en un futur, però de moment encara no s’han dut a terme assaigs clínics que demostrin la seva eficàcia en pacients. Tot i això, experimentalment s’ha demostrat que es poden crear nano fàrmacs que s’acumulin selectivament a les cèl•lules d’aquest tipus de càncer.

Al llarg de la realització d’aquest treball he aconseguit complir els objectius que m’havia plantejat, és a dir, que he pogut entendre el funcionament dels nano fàrmacs i com actuen a dins de les cèl•lules cancerígenes; he pogut veure si els nano fàrmacs són més efectius que la medicina convencional i el motiu; els seus avantatges i inconvenients; he pogut conèixer el procés de fabricació d’un nano fàrmac i l’he dut a terme; he pogut saber de quins materials poden estar formats i les seves dosis; he pogut saber que els nano fàrmacs s’utilitzen com a tractament als hospitals; he pogut conèixer les aplicacions que poden tenir els fàrmacs a part de curar malalties; he pogut aprendre més sobre el nano món i les nanopartícules; he pogut informar-me sobre alguns nano fàrmacs patentats per farmacèutiques, com són el Doxil i l’Abraxane; i he pogut conèixer molt més a fons el càncer.

Gener 2018

 Institut Juan Manuel Zafra

Rogent 51 - 08026 Barcelona - Tel.: 934 350126 - 934 351 512 - Fax: 934 502 029 - email: iesm-jmzafra@xtec.cat
logo_consorci LOGO.ESCOLES.S.HORITZONTAL.1.COLOR