Las nanopartículas lipídicas (LNP) son nanopartículas compuestas de lípidos . Son un nuevo sistema de administración de fármacos (y parte de la administración de medicamentos con nanopartículas ) y una nueva formulación farmacéutica . [1] [2] Los LNP como vehículo de administración de fármacos se aprobaron por primera vez en 2018 para el fármaco de ARNip Onpattro . [3] Las LNP se hicieron más conocidas a finales de 2020, ya que algunas vacunas contra la COVID-19 que utilizan tecnología de vacuna de ARN recubren las frágiles hebras de ARNm con nanopartículas de lípidos pegilados como vehículo de administración (incluidas las vacunas contra la COVID-19 de Moderna y Pfizer-BioNTech). ). [4]
Una nanopartícula lipídica suele ser esférica con un diámetro promedio de entre 10 y 1000 nanómetros . Las nanopartículas lipídicas sólidas poseen una matriz central lipídica sólida que puede solubilizar moléculas lipófilas . El núcleo lipídico se estabiliza mediante tensioactivos (emulsionantes). El emulsionante utilizado depende de las vías de administración y está más limitado para administraciones parenterales. [5] El término lípido se utiliza aquí en un sentido más amplio e incluye triglicéridos (por ejemplo, triestearina ), diglicéridos (por ejemplo, bahenato de glicerol), monoglicéridos ( por ejemplo, monoestearato de glicerol ), ácidos grasos (por ejemplo, ácido esteárico ), esteroides (por ejemplo, colesterol ) y ceras (por ejemplo, palmitato de cetilo ). Se han utilizado todas las clases de emulsionantes (con respecto a carga y peso molecular) para estabilizar la dispersión lipídica. Se ha descubierto que la combinación de emulsionantes podría prevenir más eficazmente la aglomeración de partículas . [5] [6]
Un SLN tiene generalmente forma esférica y consta de un núcleo lipídico sólido estabilizado por un tensioactivo. Los lípidos centrales pueden ser ácidos grasos, acilgliceroles, ceras y mezclas de estos tensioactivos. Como estabilizadores se utilizan lípidos de membrana biológica como fosfolípidos , esfingomielinas , sales biliares ( taurocolato de sodio ) y esteroles (colesterol). Los lípidos biológicos que tienen una citotoxicidad mínima del portador y el estado sólido del lípido permiten una liberación del fármaco mejor controlada debido a una mayor resistencia a la transferencia de masa. [7] Shah y cols. en su libro Lipid Nanoparticles: Production, Characterization and Stability los analiza en detalle. [ cita necesaria ]
Los LNP utilizados en las vacunas de ARNm para el SARS-CoV-2 (el virus que causa el COVID-19 ) están formados por cuatro tipos de lípidos: un lípido catiónico ionizable (cuya carga positiva se une al ARNm cargado negativamente), un lípido pegilado (para mayor estabilidad) , un fosfolípido (para la estructura) y colesterol (para la estructura). [8] Debido a la rápida eliminación por parte del sistema inmunológico de los lípidos cargados positivamente, se desarrollaron aminoácidos ionizables neutros. Un nuevo lípido de escuaramida (es decir, anillos de cuatro miembros parcialmente aromáticos, que pueden participar en interacciones pi-pi) ha sido una parte favorecida del sistema de administración utilizado, por ejemplo, por Moderna. [9]
Los diferentes procedimientos de formulación incluyen homogeneización de alto cizallamiento y ultrasonido, emulsificación/evaporación de disolventes o microemulsión. Es posible obtener distribuciones de tamaño en el rango de 30 a 180 nm mediante ultrasonificación a costa de un tiempo de sonicación prolongado. La emulsificación con disolvente es adecuada para preparar dispersiones de nanopartículas lipídicas pequeñas y de tamaño homogéneo con la ventaja de evitar el calor. [10]
La formulación LNP obtenida puede posteriormente envasarse en recipientes estériles y someterse al control de calidad final. Sin embargo, en cada paso de la fabricación de LNP se integran varias medidas para monitorear y evaluar la calidad del producto e incluyen pruebas de polidispersidad, tamaño de partículas, eficiencia de carga de fármaco y niveles de endotoxinas. [11]
El desarrollo de nanopartículas lipídicas sólidas es uno de los campos emergentes de la nanotecnología lipídica (para una revisión sobre la nanotecnología lipídica, ver [12] ) 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 que dependen del tamaño, las nanopartículas lipídicas ofrecen la posibilidad de desarrollar nuevas terapias. La capacidad de incorporar fármacos en nanoportadores ofrece un nuevo prototipo en la administración de fármacos que podría ser muy prometedor para lograr una mejora de la biodisponibilidad junto con una administración de fármacos controlada y específica del sitio. Los SLN también se consideran bien tolerados en general, debido a su composición de lípidos fisiológicamente similares. [ cita necesaria ]
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 portadores de lípidos coloidales para la administración de fármacos a los linfáticos intestinales. Además, las nanopartículas poliméricas, los sistemas de administración autoemulsionantes, los liposomas , las microemulsiones , las soluciones micelares y recientemente las nanopartículas lipídicas sólidas (SLN) se han explotado como posibilidades probables como portadores para la administración linfática intestinal oral. [13]
Las nanopartículas de lípidos sólidos pueden funcionar como base para sistemas de administración de fármacos orales y parenterales . Los SLN combinan las ventajas de los sistemas de emulsión de lípidos y nanopartículas poliméricas al tiempo que superan los problemas de estabilidad temporal e in vivo que afectan a los enfoques de administración de fármacos de nanopartículas convencionales y poliméricas. [5] Se ha propuesto que los SLN combinan numerosas ventajas sobre otros portadores coloidales, es decir, la incorporación de fármacos lipófilos e hidrofílicos es factible, la ausencia de biotoxicidad del portador, la evitación de disolventes orgánicos, la posibilidad de liberación y direccionamiento controlados del fármaco, mayor estabilidad del fármaco y No hay problemas con respecto a la producción a gran escala. [5] Además, en su superficie se pueden inmovilizar diversas funciones, como moléculas para la orientación, cadenas de PEG para propiedades sigilosas [14] o grupos tiol para la adhesión mediante la formación de enlaces disulfuro [15] . Un estudio reciente ha demostrado el uso de nanopartículas lipídicas sólidas como plataforma para la administración oral del nutriente mineral hierro , mediante la incorporación de la molécula hidrofílica sulfato ferroso (FeSO 4 ) en una matriz lipídica compuesta de ácido esteárico . [16] Se prepararon nanopartículas lipídicas sólidas cargadas con carvedilol mediante una técnica de homogeneización en caliente para administración oral utilizando compritol y poloxámero 188 como lípido y tensioactivo, respectivamente. [17] Otro ejemplo de administración de fármacos utilizando SLN sería el SLN sólido oral suspendido en agua destilada, que se sintetizó para atrapar fármacos dentro de la estructura del SLN. Tras la indigestión, los SLN quedan expuestos a los ácidos gástricos e intestinales que los disuelven y liberan los medicamentos en el sistema. [18]
Se han empleado muchos sistemas nanoestructurados para la administración ocular de fármacos y se han obtenido resultados prometedores. Los SLN han sido considerados como un sistema potencial de transporte de fármacos desde la década de 1990. Los SLN no muestran biotoxicidad ya que se preparan a partir de lípidos fisiológicos. Los 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 hidrofílicos y lipofílicos . [19] Las nanopartículas lipídicas sólidas tienen otra ventaja: permiten la esterilización en autoclave , un paso necesario hacia la formulación de preparaciones oculares. [20]
Las ventajas de los SLN incluyen el uso de lípidos fisiológicos (que disminuyen el peligro de toxicidad aguda y crónica), la evitación de disolventes orgánicos, un amplio espectro de aplicaciones potenciales ( 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 reivindicaba una biodisponibilidad mejorada , protección de moléculas de fármacos sensibles del entorno exterior (agua, luz) e incluso características de liberación controlada. Además, los SLN pueden transportar fármacos tanto lipófilos como hidrófilos y son más asequibles en comparación con los portadores poliméricos/surfactantes. [21]
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 llevan una carga eléctrica negativa , lo que significa que no se mezclan fácilmente entre sí. [22] Mientras trabajaba en Syntex a mediados de la década de 1980, [23] 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. [24] Sin embargo, a finales 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 . [25]
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". [8] Cullis también dirigió el desarrollo de una técnica que implica ajustes cuidadosos del pH durante el proceso de mezcla de ingredientes para crear LNP que puedan atravesar de forma segura las membranas celulares de los organismos vivos. [22] [26] A partir de 2021, la comprensión actual de las LNP formuladas con tales lípidos catiónicos ionizables es que ingresan a las células a través de endocitosis mediada por receptores y terminan dentro de los endosomas . [8] La acidez dentro de los endosomas hace que los lípidos catiónicos ionizables de las LNP adquieran una carga positiva, y se cree que esto permite que las LNP escapen de los endosomas y liberen sus cargas útiles de ARN. [8]
Desde 2005 hasta principios de la década de 2010, se investigaron los LNP como un sistema de administración de fármacos para pequeños fármacos de ARN de interferencia (ARNip). [8] En 2009, Cullis cofundó una empresa llamada Acuitas Therapeutics para comercializar su investigación sobre LNP; Acuitas trabajó en el desarrollo de LNP para los medicamentos de ARNip de Alnylam Pharmaceuticals . [27] En 2018, la FDA aprobó el fármaco de ARNip Onpattro ( patisiran ) de Alnylam , el primer fármaco que utiliza LNP como sistema de administración de fármacos. [3] [8]
En ese momento, los desarrolladores de fármacos de ARNip como Alnylam ya estaban buscando otras opciones para fármacos futuros, como sistemas químicos conjugados , pero durante la década de 2010, la investigación anterior sobre el uso de LNP para ARNip se convirtió en la base para nuevas investigaciones sobre el uso de LNP para ARNm. [8] Los lípidos destinados a hebras cortas de ARNip no funcionaron bien para hebras de ARNm mucho más largas, lo que llevó a una extensa investigación a mediados de la década de 2010 sobre la creación de nuevos lípidos catiónicos ionizables apropiados para el ARNm. [8] A finales de 2020, varias vacunas de ARNm para el SARS-CoV-2 utilizan LNP como sistema de administración de medicamentos, incluidas tanto la vacuna Moderna COVID-19 como las vacunas Pfizer-BioNTech COVID-19. [3] Moderna utiliza su propio lípido catiónico ionizable llamado SM-102 , mientras que Pfizer y BioNTech obtuvieron la licencia de un lípido catiónico ionizable llamado ALC-0315 de Acuitas. [8]
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. [28] 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 mediante administración linfática . Para dilucidar el mecanismo de absorción, a partir de nanopartículas lipídicas sólidas, la monocapa de células Caco-2 extirpadas humanas podría ser un tejido alternativo para el desarrollo de un modelo in vitro que se utilizará como herramienta de detección antes de realizar estudios en animales. Los resultados obtenidos en este modelo sugirieron que el principal mecanismo de absorción de las nanopartículas lipídicas sólidas cargadas con carvedilol podría ser la endocitosis y, más específicamente, la endocitosis mediada por clatrina . [17]
