Las nanopartículas lipídicas (LNP) son partículas esféricas muy pequeñas compuestas de lípidos . Son un nuevo sistema de administración de fármacos farmacéuticos (parte de la administración de fármacos mediante nanopartículas ) y una nueva formulación farmacéutica . [1] [2] El uso de LNP para la administración de fármacos se aprobó por primera vez en 2018 para el fármaco de ARNi Onpattro . [3] Las LNP se hicieron más conocidas a fines de 2020, ya que algunas vacunas contra la COVID-19 que utilizan tecnología de vacunas de ARN recubren las frágiles cadenas de ARNm con nanopartículas lipídicas pegiladas como vehículo de administración (incluidas las vacunas contra la COVID-19 de Moderna y Pfizer-BioNTech ). [4]
Una nanopartícula lipídica es típicamente esférica con un diámetro promedio entre 10 y 1000 nanómetros . Las nanopartículas lipídicas sólidas (SLN) poseen una matriz de núcleo lipídico sólido que puede solubilizar moléculas lipofílicas . El núcleo lipídico se estabiliza mediante surfactantes (emulsionantes). El emulsionante utilizado depende de las vías de administración y es más limitado para las administraciones parenterales. [5] El término lípido se utiliza aquí en un sentido más amplio e incluye triglicéridos (p. ej. , triestearina ), diglicéridos (p. ej., bahenato de glicerol), monoglicéridos (p. ej. , monoestearato de glicerol ), ácidos grasos (p. ej. , ácido esteárico ), esteroides (p. ej. , colesterol ) y ceras (p. ej., palmitato de cetilo ). Se han utilizado todas las clases de emulsionantes (con respecto a la carga y el peso molecular) para estabilizar la dispersión lipídica. Se ha descubierto que la combinación de emulsionantes podría prevenir la aglomeración de partículas de forma más eficiente. [5] [6]
Una SLN es generalmente esférica y consiste en un núcleo lipídico sólido estabilizado por un surfactante. Los lípidos del núcleo pueden ser ácidos grasos, acilgliceroles, ceras y mezclas de estos surfactantes. Los lípidos de membrana biológica como los fosfolípidos , las esfingomielinas , las sales biliares ( taurocolato de sodio ) y los esteroles (colesterol) se utilizan como estabilizadores. Los lípidos biológicos que tienen una citotoxicidad mínima del portador y el estado sólido del lípido permiten una liberación de fármaco mejor controlada debido a una mayor resistencia a la transferencia de masa. [7] Shah et al. en su libro Lipid Nanoparticles: Production, Characterization and Stability analizan estos en detalle. [8]
Las LNP utilizadas en las vacunas de ARNm para el SARS-CoV-2 (el virus que causa la COVID-19 ) están formadas por cuatro tipos de lípidos: un lípido catiónico ionizable (cuya carga positiva se une al ARNm con carga negativa), un lípido PEGilado (para la estabilidad), un fosfolípido (para la estructura) y colesterol (para la estructura). [9] Debido a la rápida eliminación por parte del sistema inmunológico del lípido con carga positiva, se desarrollaron aminolípidos ionizables neutros. Un nuevo lípido de esquaramida (es decir, anillos de cuatro miembros parcialmente aromáticos, que pueden participar en interacciones pi–pi) ha sido una parte favorita del sistema de administración utilizado, por ejemplo, por Moderna. [10]
Los diferentes procedimientos de formulación incluyen homogeneización de alto cizallamiento y ultrasonidos, emulsificación/evaporación de solventes o microemulsión. Es posible obtener distribuciones de tamaño en el rango de 30 a 180 nm utilizando ultrasonidos a costa de un tiempo de sonicación prolongado. La emulsificación con solventes es adecuada para preparar dispersiones de nanopartículas lipídicas pequeñas y de tamaño homogéneo con la ventaja de evitar el calor. [11]
La formulación LNP obtenida puede posteriormente llenarse en recipientes estériles y someterse a un control de calidad final. Sin embargo, en cada paso de la fabricación de LNP se integran diversas medidas para supervisar y evaluar la calidad del producto, entre ellas, pruebas de polidispersidad, tamaño de partícula, eficiencia de carga del fármaco y niveles de endotoxinas. [12]
El desarrollo de nanopartículas lipídicas sólidas es uno de los campos emergentes de la nanotecnología lipídica (para una revisión sobre la nanotecnología lipídica, consulte [13] ) con varias aplicaciones potenciales en la administración de fármacos, la medicina clínica y la investigación , así como en otras disciplinas. Debido a sus propiedades únicas dependientes del tamaño, las nanopartículas lipídicas ofrecen la posibilidad de desarrollar nuevas terapias. La capacidad de incorporar fármacos en nanotransportadores ofrece un nuevo prototipo en la administración de fármacos que podría ser muy prometedor para lograr la mejora de la biodisponibilidad junto con la administración controlada y específica del fármaco. Las SLN también se consideran bien toleradas en general, debido a su composición a partir de lípidos fisiológicamente similares. [ cita requerida ]
Se han desarrollado enfoques convencionales, como el uso de potenciadores de la permeación, modificación de la superficie, síntesis de profármacos, formación de complejos y estrategias basadas en transportadores lipídicos coloidales para la administración de fármacos a los vasos linfáticos intestinales. Además, se han explotado las nanopartículas poliméricas, los sistemas de administración autoemulsionantes, los liposomas , las microemulsiones , las soluciones micelares y, recientemente, las nanopartículas lipídicas sólidas (SLN) como posibles posibilidades como transportadores para la administración linfática intestinal oral. [14]
Las nanopartículas lipídicas sólidas pueden funcionar como base para sistemas de administración oral y parenteral de fármacos . Las SLN combinan las ventajas de los sistemas de emulsión lipídica y nanopartículas poliméricas al tiempo que superan los problemas de estabilidad temporal e in vivo que afectan a los enfoques de administración de fármacos convencionales y de nanopartículas poliméricas. [5] Se ha propuesto que las SLN combinan numerosas ventajas sobre los otros portadores coloidales, es decir, la incorporación factible de fármacos lipófilos e hidrófilos, ninguna biotoxicidad del portador, evitación de solventes orgánicos, posibilidad de liberación controlada del fármaco y focalización del fármaco, mayor estabilidad del fármaco y ningún problema con respecto a la producción a gran escala. [5] Además, varias funciones como moléculas para la focalización, cadenas de PEG para propiedades ocultas [15] o grupos tiol para la adhesión a través de la formación de enlaces disulfuro [16] se pueden inmovilizar en su superficie. Un estudio reciente ha demostrado el uso de nanopartículas lipídicas sólidas como plataforma para la administración oral del mineral nutriente hierro , mediante la incorporación de la molécula hidrófila sulfato ferroso (FeSO 4 ) en una matriz lipídica compuesta de ácido esteárico . [17] Las nanopartículas lipídicas sólidas cargadas con carvedilol se prepararon utilizando la técnica de homogeneización en caliente para administración oral utilizando compritol y poloxámero 188 como lípido y surfactante, respectivamente. [18] Otro ejemplo de administración de fármacos utilizando SLN sería SLN sólida oral suspendida en agua destilada, que se sintetizó para atrapar fármacos dentro de la estructura de SLN. Tras la indigestión, las SLN se exponen a ácidos gástricos e intestinales que disuelven las SLN y liberan los fármacos en el sistema. [19]
Se han empleado muchos sistemas nanoestructurados para la administración ocular de fármacos y se han obtenido algunos resultados prometedores. Las SLN se han considerado como un posible sistema transportador de fármacos desde la década de 1990. Las SLN no muestran biotoxicidad, ya que se preparan a partir de lípidos fisiológicos. Las SLN son especialmente útiles en la administración ocular de fármacos, ya que pueden mejorar la absorción corneal de fármacos y mejorar la biodisponibilidad ocular de fármacos tanto hidrofílicos como lipofílicos . [20] Las nanopartículas lipídicas sólidas tienen otra ventaja: permiten la esterilización en autoclave , un paso necesario para la formulación de preparaciones oculares. [21]
Las ventajas de las SLN incluyen el uso de lípidos fisiológicos (lo que disminuye el peligro de toxicidad aguda y crónica), la evitación de disolventes orgánicos, un amplio espectro de aplicación potencial ( dérmica , per os , intravenosa ) y la homogeneización a alta presión como método de producción establecido. Además , la incorporación de fármacos poco solubles en agua en la matriz lipídica sólida reivindica una biodisponibilidad mejorada , la protección de las moléculas de fármacos sensibles al medio ambiente exterior (agua, luz) e incluso características de liberación controlada. Además, las SLN pueden transportar fármacos tanto lipofílicos como hidrofílicos y son más asequibles en comparación con los portadores poliméricos/basados en surfactantes. [22]
Un obstáculo importante para el uso de LNP como vehículo de administración de ácidos nucleicos es que, en la naturaleza, tanto los lípidos como los ácidos nucleicos tienen una carga eléctrica negativa , lo que significa que no se mezclan fácilmente entre sí. [23] Mientras trabajaba en Syntex a mediados de la década de 1980, [24] Philip Felgner fue pionero en el uso de lípidos catiónicos creados artificialmente (lípidos con carga positiva) para unir lípidos a ácidos nucleicos con el fin de transfectar estos últimos en células. [25] Sin embargo, a fines de la década de 1990, se sabía a partir de experimentos in vitro que este uso de lípidos catiónicos tenía efectos secundarios no deseados en las membranas celulares . [26]
A finales de los años 1990 y 2000, Pieter Cullis de la Universidad de Columbia Británica desarrolló lípidos catiónicos ionizables que están "cargados positivamente a un pH ácido pero neutros en la sangre". [9] Cullis también lideró el desarrollo de una técnica que implica ajustes cuidadosos del pH durante el proceso de mezcla de ingredientes para crear LNP que pudieran pasar de forma segura a través de las membranas celulares de los organismos vivos. [23] [27] A partir de 2021, la comprensión actual de los LNP formulados con tales lípidos catiónicos ionizables es que ingresan a las células a través de la endocitosis mediada por receptores y terminan dentro de los endosomas . [9] La acidez dentro de los endosomas hace que los lípidos catiónicos ionizables de los LNP adquieran una carga positiva, y se cree que esto permite que los LNP escapen de los endosomas y liberen sus cargas útiles de ARN. [9]
Desde 2005 hasta principios de la década de 2010, se investigaron las LNP como un sistema de administración de fármacos para fármacos de ARN interferente pequeño (siRNA). [9] En 2009, Cullis cofundó una empresa llamada Acuitas Therapeutics para comercializar su investigación de LNP; Acuitas trabajó en el desarrollo de LNP para los fármacos de ARNi de Alnylam Pharmaceuticals . [28] En 2018, la FDA aprobó el fármaco de ARNi de Alnylam Onpattro ( patisiran ), el primer fármaco en utilizar LNP como sistema de administración de fármacos. [3] [9]
En ese momento, los desarrolladores de fármacos de ARNi como Alnylam ya estaban buscando otras opciones para futuros fármacos como los sistemas de conjugados químicos , pero durante la década de 2010, la investigación anterior sobre el uso de LNP para ARNi se convirtió en una base para una nueva investigación sobre el uso de LNP para ARNm. [9] Los lípidos destinados a cadenas cortas de ARNi no funcionaron bien para cadenas de ARNm mucho más largas, lo que condujo a una amplia investigación a mediados de la década de 2010 sobre la creación de nuevos lípidos catiónicos ionizables apropiados para el ARNm. [9] A fines de 2020, varias vacunas de ARNm para SARS-CoV-2 usan LNP como su sistema de administración de fármacos, incluidas tanto la vacuna COVID-19 de Moderna como las vacunas COVID-19 de Pfizer-BioNTech. [3] Moderna usa su propio lípido catiónico ionizable patentado llamado SM-102 , mientras que Pfizer y BioNTech obtuvieron la licencia de un lípido catiónico ionizable llamado ALC-0315 de Acuitas. [9]
Se desarrolló la elucidación del mecanismo de absorción linfática intestinal a partir de nanopartículas lipídicas sólidas utilizando la línea celular Caco-2 como modelo in vitro. [29] Varios investigadores han demostrado la mejora de la biodisponibilidad oral de fármacos poco solubles en agua cuando se encapsulan en nanopartículas lipídicas sólidas . Esta biodisponibilidad mejorada se logra a través de la administración linfática . Para dilucidar el mecanismo de absorción, a partir de nanopartículas lipídicas sólidas, la monocapa de células Caco-2 humanas extirpadas podría ser un tejido alternativo para el desarrollo de un modelo in vitro que se utilizaría como herramienta de detección antes de realizar estudios en animales. Los resultados obtenidos en este modelo sugirieron que el principal mecanismo de absorción de la nanopartícula lipídica sólida cargada con carvedilol podría ser la endocitosis y, más específicamente, la endocitosis mediada por clatrina . [18]
