Los sistemas de administración de fármacos a partir de nanopartículas son tecnologías de ingeniería que utilizan nanopartículas para la administración dirigida y la liberación controlada de agentes terapéuticos. La forma moderna de un sistema de administración de fármacos debería minimizar los efectos secundarios y reducir tanto la dosis como la frecuencia de la misma. Recientemente, las nanopartículas han despertado la atención debido a su posible aplicación para la administración eficaz de fármacos. [1]
Los nanomateriales presentan diferentes propiedades químicas y físicas o efectos biológicos en comparación con sus contrapartes de mayor escala, lo que puede ser beneficioso para los sistemas de administración de fármacos. Algunas ventajas importantes de las nanopartículas son su alta relación superficie-volumen, su capacidad de ajuste químico y geométrico y su capacidad de interactuar con biomoléculas para facilitar su absorción a través de la membrana celular . La gran superficie también tiene una gran afinidad por los fármacos y las moléculas pequeñas, como los ligandos o los anticuerpos, para fines de focalización y liberación controlada.
Las nanopartículas hacen referencia a una gran familia de materiales, tanto orgánicos como inorgánicos. Cada material tiene propiedades únicas que se pueden ajustar y, por lo tanto, se puede diseñar de forma selectiva para aplicaciones específicas. A pesar de las muchas ventajas de las nanopartículas, también existen muchos desafíos, incluidos, entre otros, la nanotoxicidad , la biodistribución y acumulación, y la eliminación de las nanopartículas por el cuerpo humano.
El Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería ha emitido las siguientes perspectivas para futuras investigaciones en sistemas de administración de fármacos mediante nanopartículas:
El desarrollo de nuevos sistemas farmacológicos requiere mucho tiempo: se necesitan aproximadamente siete años para completar la investigación y el desarrollo fundamentales antes de avanzar a los estudios preclínicos con animales. [3]
La administración de fármacos mediante nanopartículas se centra en maximizar la eficacia del fármaco y minimizar la citotoxicidad. Para ajustar las propiedades de las nanopartículas para una administración eficaz del fármaco es necesario abordar los siguientes factores. La relación entre el área de superficie y el volumen de las nanopartículas se puede modificar para permitir una mayor unión del ligando a la superficie. [4] Aumentar la eficiencia de la unión del ligando puede reducir la dosis y minimizar la toxicidad de las nanopartículas. Minimizar la dosis o la frecuencia de dosificación también reduce la masa de nanopartícula por masa de fármaco, logrando así una mayor eficiencia. [5]
La funcionalización de la superficie de las nanopartículas es otro aspecto importante del diseño y, a menudo, se logra mediante bioconjugación o adsorción pasiva de moléculas sobre la superficie de la nanopartícula. Al funcionalizar las superficies de las nanopartículas con ligandos que mejoran la unión del fármaco, suprimen la respuesta inmunitaria o proporcionan capacidades de liberación controlada/direccional, se logra una mayor eficacia y una menor toxicidad. La eficacia aumenta a medida que se administra más fármaco al sitio de destino y se reducen los efectos secundarios tóxicos al minimizar el nivel total de fármaco en el cuerpo.
La composición de la nanopartícula puede elegirse según el entorno de destino o el efecto deseado. Por ejemplo, las nanopartículas basadas en liposomas pueden degradarse biológicamente después de su administración, [6] minimizando así el riesgo de acumulación y toxicidad después de que se haya liberado la carga terapéutica.
Las nanopartículas metálicas, como las nanopartículas de oro, tienen cualidades ópticas (también descritas en nanomateriales ) que permiten técnicas de imágenes menos invasivas. [7] Además, la respuesta fototérmica de las nanopartículas a la estimulación óptica se puede utilizar directamente para la terapia tumoral.
Los sistemas actuales de administración de fármacos a partir de nanopartículas se pueden clasificar en varios grupos, en función de la composición de su plataforma: nanopartículas poliméricas, nanopartículas inorgánicas, nanopartículas virales, nanopartículas basadas en lípidos y nanopartículas unidas a albúmina (nab). Cada familia tiene sus características únicas.
Las nanopartículas poliméricas son polímeros sintéticos con un tamaño que varía de 10 a 100 nm. Las nanopartículas poliméricas sintéticas comunes incluyen poliacrilamida, [8] poliacrilato, [9] y quitosano. [10] Las moléculas de fármacos se pueden incorporar durante o después de la polimerización. Dependiendo de la química de la polimerización, el fármaco puede unirse covalentemente, encapsularse en un núcleo hidrófobo o conjugarse electrostáticamente. [9] [11] Las estrategias sintéticas comunes para las nanopartículas poliméricas incluyen enfoques microfluídicos, [12] electrogoteo, [13] homogeneización a alta presión y polimerización interfacial basada en emulsión. [14] La biodegradabilidad del polímero es un aspecto importante a considerar al elegir la química de nanopartículas adecuada. Los nanotransportadores compuestos de polímeros biodegradables sufren hidrólisis en el cuerpo, produciendo pequeñas moléculas biocompatibles como el ácido láctico y el ácido glicólico. [15] Las nanopartículas poliméricas se pueden crear mediante autoensamblaje u otros métodos como la replicación de partículas en plantillas no humectantes (PRINT), que permite la personalización de la composición, el tamaño y la forma de la nanopartícula utilizando moldes diminutos. [16]
Los dendrímeros son polímeros sintéticos hiperramificados únicos con tamaño monodisperso, estructura bien definida y una superficie terminal altamente funcionalizada. Por lo general, están compuestos de aminoácidos sintéticos o naturales, ácidos nucleicos y carbohidratos. Los agentes terapéuticos se pueden cargar con relativa facilidad en el interior de los dendrímeros o en la superficie terminal de las ramificaciones mediante interacción electrostática, interacciones hidrofóbicas, enlaces de hidrógeno, enlaces químicos o conjugación covalente. [17] [18] [16] La conjugación fármaco-dendrímero puede alargar la vida media de los fármacos. Actualmente, el uso de dendrímeros en sistemas biológicos está limitado debido a la toxicidad de los dendrímeros [19] y a las limitaciones en sus métodos de síntesis. [20] Los dendrímeros también están confinados dentro de un rango de tamaño estrecho (<15 nm) y los métodos de síntesis actuales están sujetos a un bajo rendimiento. Los grupos de superficie alcanzarán el límite de empaquetamiento denso de De Gennes en un nivel de generación alto, lo que sella el interior de la solución a granel; esto puede ser útil para la encapsulación de moléculas de fármacos hidrofóbicas y poco solubles. El sello se puede ajustar mediante interacciones intramoleculares entre grupos de superficie adyacentes, que pueden variar según la condición de la solución, como el pH, la polaridad y la temperatura, una propiedad que se puede utilizar para adaptar las propiedades de encapsulación y liberación controlada. [21]
Las nanopartículas inorgánicas han surgido como bloques funcionales de gran valor para los sistemas de administración de fármacos debido a sus propiedades bien definidas y altamente ajustables, como el tamaño, la forma y la funcionalización de la superficie. Las nanopartículas inorgánicas se han adoptado en gran medida para aplicaciones biológicas y médicas que van desde la obtención de imágenes y los diagnósticos hasta la administración de fármacos. [22] Las nanopartículas inorgánicas suelen estar compuestas de metales inertes como el oro y el titanio que forman nanoesferas; sin embargo, las nanopartículas de óxido de hierro también se han convertido en una opción.
Los puntos cuánticos (QDs), o nanocristales semiconductores inorgánicos, también han surgido como herramientas valiosas en el campo de la bionanotecnología debido a sus propiedades ópticas únicas dependientes del tamaño y a su química de superficie versátil. Sus diámetros (2 - 10 nm) son del orden del radio de Bohr del excitón, lo que da como resultado efectos de confinamiento cuántico análogos al modelo de " partícula en una caja ". Como resultado, las propiedades ópticas y electrónicas de los puntos cuánticos varían con su tamaño: los nanocristales de mayor tamaño emitirán luz de menor energía tras la excitación por fluorescencia. [23]
La ingeniería de superficies de los puntos cuánticos es crucial para crear híbridos de nanopartículas y biomoléculas capaces de participar en procesos biológicos. La manipulación de la composición, el tamaño y la estructura del núcleo de los nanocristales cambia las propiedades fotofísicas de los puntos cuánticos. El diseño de materiales de recubrimiento que encapsulen el núcleo de los puntos cuánticos en una capa orgánica hace que los nanocristales sean biocompatibles, y los puntos cuánticos se pueden decorar aún más con biomoléculas para permitir una interacción más específica con objetivos biológicos. El diseño de un núcleo de nanocristal inorgánico acoplado con una capa orgánica biológicamente compatible y ligandos de superficie puede combinar propiedades útiles de ambos materiales, es decir, propiedades ópticas de los puntos cuánticos y funciones biológicas de los ligandos unidos. [24]
Si bien la aplicación de nanopartículas inorgánicas en la bionanotecnología muestra avances alentadores desde una perspectiva de ciencia de materiales, el uso de dichos materiales in vivo está limitado por cuestiones relacionadas con la toxicidad, la biodistribución y la bioacumulación . Debido a que los sistemas de nanopartículas inorgánicas metálicas se degradan en sus átomos metálicos constituyentes, pueden surgir desafíos a partir de las interacciones de estos materiales con los biosistemas, y una cantidad considerable de las partículas puede permanecer en el cuerpo después del tratamiento, lo que lleva a la acumulación de partículas metálicas que potencialmente resultan en toxicidad. [25]
Sin embargo, recientemente algunos estudios han demostrado que ciertos efectos de toxicidad ambiental de las nanopartículas no son aparentes hasta que las nanopartículas sufren transformaciones para liberar iones metálicos libres. En condiciones aeróbicas y anaeróbicas, se encontró que las nanopartículas de cobre, plata y titanio liberaban niveles bajos o insignificantes de iones metálicos. Esto es evidencia de que las nanopartículas de cobre, plata y titanio son lentas para liberar iones metálicos y, por lo tanto, pueden aparecer en niveles bajos en el medio ambiente. [26] Además, los recubrimientos de nanocapas protegen significativamente contra la degradación en el entorno celular y también reducen la toxicidad de los puntos cuánticos al reducir la fuga de iones metálicos desde el núcleo. [23]
Los nanocristales orgánicos están compuestos por fármacos puros y agentes tensioactivos necesarios para la estabilización. Se definen como sistemas coloidales de administración de fármacos submicrónicos sin portador con un tamaño medio de partícula en el rango nanométrico. La importancia principal de la formulación de fármacos en nanocristales es el aumento de la superficie de las partículas en contacto con el medio de disolución, lo que aumenta la biodisponibilidad. En el mercado existen varios productos farmacéuticos formulados de esta manera. [27]
Uno de los problemas a los que se enfrenta la administración de fármacos es la solubilidad del fármaco en el cuerpo; alrededor del 40% de los productos químicos recién detectados que se encuentran en el descubrimiento de fármacos son poco solubles en agua. [28] Esta baja solubilidad afecta a la biodisponibilidad del fármaco, es decir, la velocidad a la que el fármaco llega al sistema circulatorio y, por tanto, al sitio de destino. La baja biodisponibilidad se observa con mayor frecuencia en la administración oral, que es la opción preferida para la administración de fármacos debido a su comodidad, bajos costes y buenas prácticas para el paciente. [28] Una medida para mejorar la baja biodisponibilidad es inyectar los fármacos en una mezcla de disolventes con un agente solubilizante. [29] Sin embargo, los resultados muestran que esta solución es ineficaz, y el agente solubilizante demuestra efectos secundarios y/o toxicidad. Los nanocristales utilizados para la administración de fármacos pueden aumentar la solubilidad de saturación y la velocidad de dispersión. En general, se piensa que la solubilidad de saturación es una función de la temperatura, pero también se basa en otros factores, como la estructura cristalina y el tamaño de partícula, en lo que respecta a los nanocristales. La ecuación de Ostwald-Freundlich que aparece a continuación muestra esta relación:
Donde C s es la solubilidad de saturación del nanocristal, C 𝛼 es la solubilidad del fármaco a una escala no nanométrica, σ es la tensión interfacial de la sustancia, V es el volumen molar de la partícula, R es la constante del gas, T es la temperatura absoluta, 𝜌 es la densidad del sólido y r es el radio. [28] La ventaja de los nanocristales es que pueden mejorar la adsorción oral, la biodisponibilidad, el inicio de la acción y reducen la variabilidad intersujeto. En consecuencia, ahora se están produciendo nanocristales y están en el mercado para una variedad de propósitos que van desde antidepresivos hasta estimulantes del apetito. Los nanocristales se pueden producir utilizando dos formas diferentes: el método de arriba hacia abajo o el método de abajo hacia arriba. Las tecnologías de abajo hacia arriba también se conocen como nanoprecipitación. Esta técnica implica disolver un fármaco en un disolvente adecuado y luego precipitarlo con un no disolvente. Por otro lado, las tecnologías descendentes utilizan la fuerza para reducir el tamaño de una partícula a nanómetros, generalmente moliendo un fármaco. Los métodos descendentes son los preferidos cuando se trabaja con fármacos poco solubles.
Una desventaja de usar nanocristales para la administración de fármacos es la estabilidad de los nanocristales. Los problemas de inestabilidad de las estructuras nanocristalinas se derivan de procesos termodinámicos como la agregación de partículas, la amorfización y la cristalización en masa. Las partículas a escala nanoscópica presentan un exceso relativo de energía libre de Gibbs, debido a su mayor relación área superficial a volumen. Para reducir este exceso de energía, generalmente es favorable que se produzca la agregación. Por lo tanto, los nanocristales individuales son relativamente inestables por sí mismos y generalmente se agregarán. Esto es particularmente problemático en la producción descendente de nanocristales. Los métodos como la homogeneización a alta presión y el fresado de perlas tienden a aumentar las inestabilidades al aumentar las áreas superficiales; para compensar, o como respuesta a la alta presión, las partículas individuales pueden agregarse o volverse amorfas en estructura. [30] Dichos métodos también pueden conducir a la reprecipitación del fármaco al superar la solubilidad más allá del punto de saturación (maduración de Ostwald). [31] Un método para superar la agregación y retener o aumentar la estabilidad de los nanocristales es mediante el uso de moléculas estabilizadoras. Estas moléculas, que interactúan con la superficie de los nanocristales y evitan la agregación mediante repulsión iónica o barreras estéricas entre los nanocristales individuales, incluyen surfactantes y generalmente son útiles para estabilizar suspensiones de nanocristales. [30] Sin embargo, las concentraciones de surfactantes que son demasiado altas pueden inhibir la estabilidad de los nanocristales y mejorar el crecimiento o la agregación de los cristales. Se ha demostrado que ciertos surfactantes, al alcanzar una concentración crítica, comienzan a autoensamblarse en micelas, que luego compiten con las superficies de los nanocristales por otras moléculas surfactantes. Con menos moléculas de superficie que interactúan con la superficie del nanocristal, se informa que el crecimiento y la agregación de los cristales se producen en mayores cantidades. [32] El uso de surfactante en concentraciones óptimas aparentemente permite una mayor estabilidad, una mayor capacidad del fármaco como portador y una liberación sostenida del fármaco. [30] En un estudio en el que se utilizó PEG como estabilizador, se descubrió que los nanocristales tratados con PEG mejoraron la acumulación en los sitios tumorales y tuvieron una mayor circulación sanguínea que los que no fueron tratados con PEG. [33] La amorfización puede ocurrir en métodos de producción descendentes. Con diferentes disposiciones intramoleculares, la amorfización de los nanocristales conduce a diferentes propiedades termodinámicas y cinéticas que afectan la administración y la cinética del fármaco. Se informa que la transición a estructuras amorfas ocurre a través de prácticas de producción como el secado por aspersión, la liofilización y mecanismos mecánicos, como la molienda. [30]Se ha observado esta amorfización con o sin la presencia de estabilizador en un proceso de molienda en seco. Sin embargo, el uso de un proceso de molienda en húmedo con surfactante redujo significativamente la amorfización, lo que sugiere que el solvente, en este caso el agua, y el surfactante podrían inhibir la amorfización en algunos métodos de producción descendentes que, de otro modo, supuestamente facilitan la amorfización. [34]
Los liposomas son vesículas esféricas compuestas de fosfolípidos sintéticos o naturales que se autoensamblan en solución acuosa en tamaños que van desde decenas de nanómetros a micrómetros. [16] La vesícula resultante, que tiene un núcleo acuoso rodeado por una membrana hidrófoba, puede cargarse con una amplia variedad de moléculas hidrófobas o hidrófilas con fines terapéuticos.
Los liposomas se sintetizan típicamente con fosfolípidos naturales, principalmente fosfatidilcolina . El colesterol se incluye a menudo en la formulación para ajustar la rigidez de la membrana y aumentar la estabilidad. La carga molecular se carga a través de la formación de liposomas en solución acuosa, mecanismos de intercambio de disolventes o métodos de gradientes de pH. [35] Varias moléculas también se pueden conjugar químicamente a la superficie del liposoma para alterar las propiedades de reconocimiento. Una modificación típica es la conjugación de polietilenglicol (PEG) a la superficie de la vesícula. El polímero hidrófilo impide el reconocimiento por parte de los macrófagos y disminuye el aclaramiento. El tamaño, la carga superficial y la fluidez de la bicapa también alteran la cinética de administración de los liposomas. [36] Los liposomas se difunden desde el torrente sanguíneo hacia el espacio intersticial cerca del sitio objetivo. Como la membrana celular en sí está compuesta de fosfolípidos, los liposomas pueden fusionarse directamente con la membrana y liberar la carga en el citosol, o pueden ingresar a la célula a través de la fagocitosis u otras vías de transporte activo. La administración liposomal tiene varias ventajas. Los liposomas aumentan la solubilidad, la estabilidad y la absorción de las moléculas de los fármacos. Los péptidos, polímeros y otras moléculas se pueden conjugar a la superficie de un liposoma para su administración dirigida. La conjugación de varios ligandos puede facilitar la unión a las células diana en función de la interacción receptor-ligando. La alteración del tamaño de las vesículas y la química de la superficie también se puede ajustar para aumentar el tiempo de circulación. Varios fármacos liposomales aprobados por la FDA se encuentran en uso clínico en los EE. UU. El fármaco antraciclina doxorrubicina se administra con liposomas de fosfolípidos y colesterol para tratar el sarcoma de Kaposi relacionado con el SIDA y el mieloma múltiple con alta eficacia y baja toxicidad. [37] Muchos otros están en fase de ensayos clínicos, y la administración de fármacos liposomales sigue siendo un campo de investigación activo en la actualidad, con posibles aplicaciones que incluyen la terapia con ácidos nucleicos, la focalización cerebral y la terapia tumoral. [38] [39]
Los virus se pueden utilizar para administrar genes para la ingeniería genética o la terapia génica. Los virus más utilizados son los adenovirus, los retrovirus y varios bacteriófagos. La superficie de la partícula viral también se puede modificar con ligandos para aumentar las capacidades de focalización. Si bien los vectores virales se pueden utilizar con gran eficacia, una preocupación es que pueden causar efectos fuera del objetivo debido a su tropismo natural. Esto generalmente requiere reemplazar las proteínas que causan interacciones entre el virus y la célula con proteínas quiméricas. [40] Además de utilizar virus, las moléculas de fármacos también se pueden encapsular en partículas proteicas derivadas de la cápside viral, o partículas similares a virus (VLP). Las VLP son más fáciles de fabricar que los virus, y su uniformidad estructural permite que las VLP se produzcan con precisión en grandes cantidades. Las VLP también tienen superficies fáciles de modificar, lo que permite la posibilidad de una administración dirigida. Existen varios métodos para empaquetar la molécula en la cápside; la mayoría aprovecha la capacidad de la cápside de autoensamblarse. Una estrategia consiste en alterar el gradiente de pH fuera de la cápside para crear poros en la superficie de la cápside y atrapar la molécula deseada. Otros métodos utilizan agregadores como cremalleras de leucina o anfifilos de ADN polimérico para inducir la formación de la cápside y capturar moléculas de fármacos. También es posible conjugar químicamente los fármacos directamente sobre los sitios reactivos de la superficie de la cápside, lo que a menudo implica la formación de enlaces amida. Después de introducirse en el organismo, las VLP suelen tener una amplia distribución tisular, una eliminación rápida y, por lo general, no son tóxicas. Sin embargo, pueden, al igual que los virus, provocar una respuesta inmunitaria, por lo que pueden ser necesarios agentes de enmascaramiento inmunitario. [41]
La tecnología de nanopartículas unidas a albúmina utiliza la proteína albúmina como portadora de fármacos quimioterapéuticos hidrófobos mediante unión no covalente. Debido a que la albúmina ya es un portador natural de partículas hidrófobas y es capaz de transcitar moléculas unidas a sí misma, las nanopartículas compuestas de albúmina se han convertido en una estrategia eficaz para el tratamiento de muchas enfermedades en la investigación clínica.
Un sistema ideal de administración de fármacos debe tener una focalización eficaz y una liberación controlada. Las dos principales estrategias de focalización son la focalización pasiva y la focalización activa. La focalización pasiva depende del hecho de que los tumores tienen vasos sanguíneos anormalmente estructurados que favorecen la acumulación de macromoléculas y nanopartículas relativamente grandes. Este llamado efecto de permeabilidad y retención mejoradas (EPR) [42] permite que el transportador del fármaco se transporte específicamente a las células tumorales. La focalización activa es, como sugiere el nombre, mucho más específica y se logra aprovechando las interacciones receptor-ligando en la superficie de la membrana celular. [43] Los sistemas de liberación controlada de fármacos se pueden lograr a través de varios métodos. Los sistemas de administración de fármacos con velocidad programada se ajustan a la difusividad de los agentes activos a través de la membrana. [44] Otro mecanismo de administración-liberación es la administración de fármacos modulada por activación, donde la liberación se desencadena por estímulos ambientales. Los estímulos pueden ser externos, como la introducción de activadores químicos o la activación por luz o campos electromagnéticos, o biológicos, como el pH, la temperatura y la presión osmótica, que pueden variar ampliamente en todo el cuerpo. [45] [46] [47]
En el caso de las nanopartículas poliméricas, la inducción de la capacidad de respuesta a los estímulos se ha basado en gran medida en polímeros bien conocidos que poseen una capacidad de respuesta a los estímulos inherente. Algunos polímeros que pueden experimentar transiciones de fase reversibles debido a cambios de temperatura o pH han despertado interés. [48] Podría decirse que el polímero más utilizado para la administración modulada por activación es el polímero termorresponsivo poli(N-isopropilacrilamida). Es fácilmente soluble en agua a temperatura ambiente, pero precipita de manera reversible cuando la temperatura se eleva por encima de su temperatura crítica de solución inferior (LCST), cambiando de una conformación de cadena extendida a una cadena colapsada. [49] Esta característica presenta una forma de cambiar la hidrofilicidad de un polímero a través de la temperatura. Los esfuerzos también se centran en sistemas de administración de fármacos con respuesta dual a los estímulos, que se pueden aprovechar para controlar la liberación del fármaco encapsulado. Por ejemplo, el copolímero tribloque de poli(etilenglicol)-b-poli(3-aminopropil-metacrilamida)-b-poli(N-isopropilacrilamida) (PEG-b-PAPMA-b-PNIPAm) puede autoensamblarse para formar micelas, que poseen una arquitectura de núcleo-capa-corona por encima de la temperatura crítica inferior de la solución. También responde al pH. Por lo tanto, la liberación del fármaco se puede ajustar modificando las condiciones de temperatura o pH. [50]
Las estrategias de administración de fármacos de las nanopartículas inorgánicas dependen de las propiedades del material. La focalización activa de los portadores de fármacos de nanopartículas inorgánicas a menudo se logra mediante la funcionalización de la superficie con ligandos específicos de las nanopartículas. Por ejemplo, el nanovehículo multifuncional inorgánico (5-FU/Fe3O4/αZrP@CHI-FA-R6G) puede lograr imágenes ópticas del tumor y terapia simultáneamente. [51] Puede dirigirse a la ubicación de las células cancerosas con un comportamiento de liberación sostenida. También se han realizado estudios sobre las respuestas de las nanopartículas de oro a la luz infrarroja cercana (NIR) local como estímulo para la liberación del fármaco. En un estudio, las nanopartículas de oro funcionalizadas con ADN bicatenario encapsulado con moléculas de fármaco se irradiaron con luz NIR. Las partículas generaron calor y desnaturalizaron el ADN bicatenario, lo que desencadenó la liberación de fármacos en el sitio objetivo. [52] Los estudios también sugieren que una estructura porosa es beneficiosa para lograr una liberación sostenida o pulsátil. Los materiales inorgánicos porosos demuestran una alta estabilidad mecánica y química dentro de un rango de condiciones fisiológicas. [53] Las propiedades superficiales bien definidas, como el alto volumen de poros, la estrecha distribución del diámetro de poros y la gran área superficial permiten atrapar fármacos, proteínas y otras moléculas biogénicas con patrones de liberación predecibles y reproducibles. [54] [55]
Algunas de las mismas propiedades que hacen que las nanopartículas sean portadores de fármacos eficientes también contribuyen a su toxicidad. Por ejemplo, se sabe que las nanopartículas de oro interactúan con las proteínas a través de la adsorción superficial, formando una corona proteica , que puede utilizarse para la carga y la protección inmunológica. Sin embargo, esta propiedad de adsorción de proteínas también puede alterar la función normal de las proteínas que es esencial para la homeostasis, especialmente cuando la proteína contiene grupos de azufre expuestos. [56] El efecto fototérmico, que puede inducirse para matar células tumorales, también puede crear especies reactivas de oxígeno que imponen estrés oxidativo en las células sanas circundantes. Las nanopartículas de oro de tamaños inferiores a 4-5 nm encajan en los surcos del ADN, lo que puede interferir con la transcripción, la regulación genética, la replicación y otros procesos que dependen de la unión del ADN con las proteínas. La falta de biodegradabilidad de algunas químicas de nanopartículas puede provocar la acumulación en ciertos tejidos, lo que interfiere con una amplia gama de procesos biológicos. [57] Actualmente, no existe un marco regulatorio en los Estados Unidos para probar las nanopartículas por su impacto general en la salud y el medio ambiente. [58]
