Nuevas estrategias en la administración y liberación de doxorrubicina

1 TRABAJO FIN DE GRADO FACULTAD DE FARMACIA NUEVAS ESTRATEGIAS EN LA ADMINISTRACIÓN Y LIBERACIÓN DE DOXORRUBICINA Alumna: Nerea Rebollo Moro Tutor: Julia Álvarez Malmagro Co-tutor: Dr. Francisco Prieto Dapena 1 UNIVERSIDAD DE SEVILLA FACULTAD DE FARMACIA GRADO EN FARMACIA TRABAJO FIN DE GRADO NUEVAS ESTRATEGIAS EN LA ADMINISTRACIÓN Y LIBERACIÓN DE DOXORRUBICINA Alumna: Nerea Rebollo Moro Sevilla, 7 de Septiembre de 2016 Departamento de Química-Física Tutor: Julia Álvarez Malmagro Co-tutor: Dr. Francisco Prieto Dapena Trabajo de Revisión Bibliográfica 2 ABREVIATURAS ALN: alendronato AuNPs: nanopartículas de oro AuNPs-DOX: nanopartículas de oro con doxorrubicina BHE: barrera hematoencefálica CS: quitosano DLNP: doxorrubicina liposomal no pegilada DLP: doxorrubicina liposomal pegilada DNR: daunorrubicina DOX: doxorrubicina EPP: eritrodistesia palmo-plantar ERO: especies reactivas de oxígeno FEVI: fracción de eyección ventricular izquierda FOL: folato GST: glutatión S-transferasa Hyd: hidrazona IRM: imagen de resonancia magnética IV: vía intravenosa mAb: anticuerpo monoclonal MDOX: doxorrubicina micelar MNPs: nanopartículas magnéticas MNPs-DOX: nanopartículas magnéticas con doxorrubicina NIR: regiones cercanas al infrarrojo 3 NPs: nanopartículas PE: fosfatidiletanolamina PEG: polietilenglicol PLA: poliácido láctico PP: Peltophorum pterocarpum SMF: sistema mononuclear fagocítico SPIONs: nanopartículas de óxido de hierro superparamagnético topo II: topoisomerasa II Vd: volumen de distribución 4 INDICE 1. RESUMEN ........................................................................................................... 5 2. INTRODUCCIÓN ............................................................................................... 6 2.1. Doxorrubicina ........................................................................................................ 6 2.2. Técnicas clásicas de administración y liberación de DOX.................................... 8 2.3. Problemas de las técnicas clásicas de administración y liberación de DOX ....... 10 2.4. Técnicas modernas usadas para la administración y liberación de fármacos y ventajas que presentan ................................................................................................ 12 3. OBJETIVOS ...................................................................................................... 13 4. MATERIALES Y MÉTODOS ......................................................................... 14 5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ....................................................................... 15 5.1. Administración y liberación liposomal de Doxorrubicina .................................. 15 5.1.1. Doxorrubicina liposomal no pegilada (DLNP)………………………....16 5.1.2. Doxorrubicina liposomal pegilada (DLP)………………………………18 5.1.3. Diferencias entre las doxorrubicinas liposomales………………………21 5.1.4. Liposomas multifuncionales……………………………………………21 5.2. Administración y liberación de Doxorrubicina a través de nanopartículas metálicas ..................................................................................................................... 22 5.2.1. Nanopartículas de oro con doxorrubicina (AuNPs-DOX)……………...22 5.3. Nanopartículas magnéticas con doxorrubicina (MNPs-DOX) ............................ 25 5.4. La administración y liberación micelar de Doxorrubicina .................................. 27 5.4.1. Micelas conjugadas con DOX…………………………………………..28 6. CONCLUSIONES ............................................................................................. 31 7. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................... 33 5 1. RESUMEN La doxorrubicina es una antraciclina que se utiliza para el tratamiento del cáncer. Plantea desventajas potenciales tales como la toxicidad debido a la baja permanencia plasmática y distribución indiscriminada en el organismo, que hace que las células sanas resulten también afectadas. También provoca incapacidad de alcanzar concentraciones lo suficientemente elevadas en el sitio de acción y fenómenos de resistencia. En base a esto, surge la doxorrubicina liposomal no pegilada que a pesar de tener ventajas con respecto a doxorrubicina convencional, presenta el inconveniente de la captación de liposomas por el sistema fagocítico mononuclear que impide su distribución en los tumores sólidos por su eliminación rápida de la circulación. Entonces, se desarrolla la doxorrubicina liposomal pegilada que resuelve el problema de la rápida eliminación aumentando su vida media en la sangre. Ambas formulaciones aumentan el aporte en la localización de la enfermedad en comparación con la dosis equivalente a doxorrubicina convencional. Pero el reto sigue siendo lograr la acumulación de doxorrubicina liposomal en el tejido tumoral, por ello la doxorrubicina se conjuga con inmunoliposoma. Para alcanzar estos objetivos de forma específica se diseñan nanopartículas recubiertas con polímeros, gracias a los cuales permanecen en el torrente circulatorio sin ser eliminadas y aumentan la acumulación de doxorrubicina en el tejido tumoral. Este tipo de nanopartículas presentan mayores ventajas que las formas liposomales ya que superan y aumentan la selectividad de doxorrubicina hacia las células tumorales, mientras que reducen la toxicidad en los tejidos sanos. Producen gran apoptosis del tejido tumoral y también mejoran la resistencia del fármaco convencional. Por otro lado, se han desarrollado también micelas conjugadas con doxorrubicina que al igual que las nanopartículas anteriores destaca entre ellas su gran captación intracelular, permeabilidad, resistencia, menor citotoxicidad y mayor capacidad de inhibición del ciclo celular que la doxorrubicina convencional. Palabras claves: Doxorrubicina, liposomas, nanopartículas metálicas y micelas 6 2. INTRODUCCIÓN 2.1. Doxorrubicina A principio de la década de los sesenta se obtuvo el primer antibiótico de la serie de las antraciclinas con actividad citotóxica, la daunorrubicina (DNR), obtenida del Streptomyces peucetius. Su derivado, la doxorrubicina (DOX), fue obtenida de una mutante (var peucetius) que mostró mayor y más extensa actividad biológica (Flórez y cols., 2014). Estructura química La DOX es un glicósido con carácter anfótero ya que por un lado posee grupos fenólicos del anillo que le aportan carácter ácido y por otro lado presenta una función básica en el anillo de amino-azúcar. Finalmente el anillo de antraciclina le aporta a la molécula carácter lipofílico. DOX y DNR (Figura 1) comparten restos aglicónico y azúcar. La aglicona consiste en un anillo tetracíclico (responsable del color rojo típico de las antraciclinas) con grupos quinona-hidroquinona adyacentes en los anillos C-B, un sustituyente metoxi en C-4 en el anillo D, y una cadena lateral corta en C-9 con un carbonilo en C-13. El azúcar, llamado daunosamina, se une mediante un enlace glucosídico al C-7 del anillo A y se compone de un resto de 3-amino-2, 3, 6- tridesoxi-L-fucosiltransferasa. La única diferencia entre DOX y DNR es que la cadena lateral de DOX termina con un alcohol primario, mientras que la DNR termina con un metilo. Esta pequeña diferencia tiene consecuencias importantes en el espectro de actividad de DOX y DNR (Minotti y cols., 2004). Figura 1: Estructura de DOX y DNR. Adaptado de ref (Minotti y cols., 2004) 7 La aglicona policíclica es esencial para la intercalación de DOX entre las hebras del ADN, mientras que el amino-azúcar, estabiliza la intercalación por interacciones electrostáticas con los grupos fosfatos cargados negativamente en la cadena de ADN (Kubeček y cols., 2015). Mecanismo de acción La DOX bloquea la síntesis de ARN y ADN. Las células en fase S son más sensibles a éste agente debido a que en esta fase se sintetiza el ADN de la célula hija y cuando la DOX se une, la célula no puede continuar el ciclo celular ni dividirse. Destaca su capacidad para intercalarse entre los pares de bases adyacentes de ADN y fijarse con intensidad diversa. Esta acción modifica las propiedades del ADN, pero por sí misma no es suficiente para ejercer su acción letal. Una de las acciones que actualmente se considera crítica es la inhibición de la topoisomerasa II (topo II). La actividad funcional de esta enzima es necesaria para la replicación de ADN, transcripción, recombinación y remodelación de la cromatina (Flórez y cols., 2014). DOX se fija al complejo binario ADN-topo II formando un complejo ternario, de gran estabilidad que facilita la rotura irreversible tanto de cadenas sencillas como de cadenas dobles de ADN. De hecho, células en las que una mutación provoca una alteración de la topo-II (at-mdr) se hace resistente a la DOX (y a otros antineoplásicos, originando así una de las formas de resistencia múltiple); por el contrario, células con aumento de los niveles de topo II se vuelven hipersensibles a DOX (Flórez y cols., 2014). El metabolismo de ésta molécula también genera radicales libres de oxígeno que causan daño al ADN que puede dar lugar a mutaciones si no se repara adecuadamente (Gajewski y cols., 2007).  Ciclo de oxidoreducción de DOX: la DOX reacciona con la NADPH- citocromo P450 reductasa, para formar radicales intermediarios de semiquinona (Figura 2). Además, la DOX posee una tendencia marcada para formar un complejo estable con el hierro (III), favoreciendo la reducción de éste hasta hierro (II) y originando en el proceso el radical libre de semiquinona. Estos radicales libres, pueden reaccionar rápidamente con el oxígeno para producir el radical superóxido, el peróxido de hidrógeno y el radical hidroxilo. Estas especies reactivas de oxígeno (ERO) causan la peroxidación de los lípidos de 8 membrana y otros componentes celulares e inhiben la respiración celular, por daño a los componentes de la cadena de fosforilación oxidativa y a la membrana de la mitocondria (Muraoka y Miura, 2003; Minotti y cols., 2004). También puede inhibir diversas enzimas relacionadas con el ADN y el ARN: polimerasas, helicasas y enzimas reparadoras. Figura 2: Ciclo de oxidoreducción de DOX.Adaptado de ref (Muraoka y Miura, 2003) El resultado final de las interacciones y daños que producen las ERO con el entorno, será la apoptosis de la célula, aunque por varios mecanismos posibles. Aplicaciones terapéuticas Las antraciclinas se caracterizan por su amplio espectro. La DOX es la más empleada. Su actividad es máxima en leucemias aguda linfocítica y no linfocítica, cáncer de mama, pulmón (células pequeñas), linfoma, mieloma, neuroblastoma, sarcomas de hueso y tejido blando, timoma y tumor de Wilms. Es de segunda línea en el cáncer de ovario y de testículo, y tiene una actividad marginal en cáncer de vejiga, estómago, cabeza y cuello, tiroides, próstata y pulmón (cuando las células no son pequeñas). En cambio la DNR se reserva para casos de leucemia aguda (Flórez y cols., 2014). 2.2. Técnicas clásicas de administración y liberación de DOX Administración DOX se administra por vía intravenosa (IV) e intravesicalmente, pues se inactiva en el aparato digestivo, y no debe administrarse por vía oral, subcutánea, intramuscular o intratecal. 15 artículos relacionados con nuestro tema de estudio de años anteriores por su gran número de citas y con el objetivo de poder comparar la evolución de las técnicas. Por último para gestionar todas las referencias bibliográficas y documentos hemos utilizado Mendeley para identificar, gestionar, clasificar y referenciar los artículos científicos. 5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN 5.1. Administración y liberación liposomal de Doxorrubicina Los liposomas son vesículas esféricas compuestas de fosfolípidos y colesterol. Debido a la naturaleza anfifílica de los fosfolípidos, en medios acuosos se pueden autoasociar en bicapas, cuya estructura puede permitir encapsular un interior acuoso. Las moléculas anfifílicas de los fosfolípidos forman una bicapa cerrada de manera que intentan proteger sus grupos hidrófobos del medio acuoso, mientras se mantiene en contacto con la fase acuosa a través del grupo de la cabeza hidrofílica. Los medicamentos muy hidrofóbicos, como DOX, pueden ser encapsulados en estos liposomas, en el interior de la bicapa fosfolipídica o en su interfase. Aunque los liposomas varían mucho en tamaño, la mayoría son menores de 400 nm y han demostrado ser útiles para la entrega de agentes farmacéuticos. Además, presentan un carácter inerte, elevada biocompatibilidad, perfiles de toxicidad y antiginicidad bastante aceptables (Oropesa y Jáuregui, 2012). Por otro lado se desarrollan nuevas formulaciones de la DOX, con los mismos efectos antitumorales, pero con menor toxicidad cardiaca. Entre estas opciones destacan la asociación de DOX con otras moléculas, por ejemplo, con complejos liposomales o la pegilación. Concretamente la pegilación consiste en la unión covalente del polietilenglicol (PEG) a la membrana lipídica y sirve para mejorar las propiedades fisicoquímicas de los fármacos ya que evita que los liposomas sean detectados por sistema mononuclear fagocítico (SMF), aumentando así el tiempo de permanencia en sangre. Se ha encontrado que estas formulaciones dificultan la distribución en los tejidos normales y serían más selectivas para los tejidos con vascularización tumoral. Sin embargo los estudios sobre la DOX liposomal se han desarrollado principalmente para 16 abordar los problemas de toxicidad aguda y crónica que se producen como consecuencia del uso de este medicamento (Abraham y cols., 2005). Estos sistemas tienden a secuestrar el fármaco lejos de órganos como el corazón, con mayor acumulación en el hígado, el bazo y tumores (Waterhouse y cols., 2001). Además permiten que los pacientes puedan recibir dosis más altas del fármaco en el tumor (Flórez y cols., 2014). En esta línea surgieron las formas liposomales: doxorrubicina liposomal no pegilada (DLNP), doxorrubicina liposomal pegilada (DLP) y liposomas multifuncionales. 5.1.1. Doxorrubicina liposomal no pegilada (DLNP) Aplicaciones terapéuticas Se puede combinar con ciclofosfamida y está indicado para el tratamiento de primera línea del carcinoma de mama metastásico en mujeres adultas (EMA, 2016). Posología y forma de administración DLNP es administrado por vía intravenosa durante 1 hora y debe reconstituirse con sodio y posteriormente diluirse antes de la administración. Se requiere una concentración final de entre 0.4 y 1.2 mg/ml de DOX. Cuando se administra DLNP en combinación con ciclofosfamida (600 mg/m2), la dosis inicial recomendada es de 60 a 75 mg/m2 cada tres semanas, en cambio si se administra DOX la dosis sería de 30-60 mg/m2 (EMA, 2016). Toxicidad Puede producir mielosupresión y además se considera irritante en el lugar de inyección. También puede ocasionar numerosas reacciones agudas relacionadas con las perfusiones liposómicas cuando la perfusión se ha realizado de forma rápida. Los síntomas incluyen: sofocos, disnea, fiebre, hinchazón facial, cefalea, dolor de espalda, escalofríos, opresión en el pecho y garganta y/o hipotensión (EMA, 2016). Un metaanálisis mostró una tasa inferior de trastornos gastrointestinales, de manera estadísticamente significativa, de náuseas/vómitos y de diarrea en los pacientes tratados con DLNP versus DOX convencional (EMA, 2016). Los análisis de cardiotoxicidad en los ensayos clínicos han demostrado una reducción estadísticamente significativa de los episodios cardíacos en los pacientes tratados con DLNP, en comparación con los pacientes tratados con la misma dosis (en mg) de DOX. Un metaanálisis mostró una tasa inferior, de manera estadísticamente significativa, tanto de la insuficiencia cardíaca clínica (RR = 0.20, p = 0.02) como de la insuficiencia 17 cardíaca clínica y subclínica combinada (RR = 0.38, p < 0.0001) en los pacientes tratados con DLNP versus DOX convencional. Un análisis retrospectivo en pacientes que habían recibido previamente DOX en adyuvancia (log-rank P = 0.001, razón de riesgo (hazard ratio) = 5.42), ha mostrado también la reducción del riesgo de toxicidad cardíaca. Sin embargo no se dispone de experiencia DLNP en pacientes con antecedentes de enfermedad cardiovascular. Por consiguiente, se debe tener precaución en pacientes con insuficiencia cardíaca (EMA, 2016). DLNP-ciclofosfamida y taxanos demostraron eficacia y buena tolerancia en pacientes con cáncer de mama con contraindicación a las antraciclinas convencionales. El tratamiento fue bien tolerado, el único efecto secundario posiblemente relacionado con la administración de DLNP era eritrodisestesia palmo-plantar (EPP) que se observó en el 8% de los pacientes. Este efecto por lo general estaba relacionado con la dosis acumulativa que se produce con dosis mayores de 180 mg/m2 (Vici y cols., 2014). La ausencia de cualquier toxicidad cardíaca sintomática, la baja incidencia del (8%) y la disminución de la fracción de eyección ventricular izquierda (FEVI) parecen confirmar la seguridad cardiaca de DLNP como tratamiento neoadyuvante, incluso en pacientes de edad avanzada. Al ser desprovisto de cardiotoxicidad significativa y con un índice terapéutico favorable, incluso en los pacientes de edad avanzada, puede ser de importancia en la práctica clínica habitual (Vici y cols., 2014). Se confirmó un perfil de toxicidad favorable, lo que sugiere que DLNP como la quimioterapia primaria puede mejorar el índice terapéutico en pacientes no aptos a la recepción de DOX convencional. En general DLNP es tolerado, sin nueva o inesperada toxicidad y sin aumento en la incidencia o gravedad de la toxicidad conocida de DOX (Airoldi y cols., 2011). Farmacocinética Los niveles en plasma de DOX total son considerablemente más altos con DLNP que con DOX convencional. Los datos farmacocinéticos disponibles imposibilitan las conclusiones con respecto a la relación entre los niveles plasmáticos de DOX libre/total y su influencia en la eficacia/seguridad de DLNP. La eliminación de la DOX total fue de 5.1 + 4.8 l/h y el volumen de distribución (Vd) en estado de equilibrio fue de 56.6 + 61.5 l mientras que, después de la DOX convencional, la eliminación y el Vd fueron de 46.7 + 9.6 l/h y 145 1 + 258 l, respectivamente. El principal metabolito circulante de la DOX, el doxorrubicinol. Se sabe que la DOX es excretada principalmente por el hígado 18 y que la eliminación urinaria es baja. Demostrándose que es conveniente disminuir la dosis de DLNP en pacientes con insuficiencia hepática (EMA, 2016). También DOX encapsulada en liposomas en comparación con la convencional no resultó ser más activa en las líneas celulares resistentes a la DOX in vitro (EMA, 2016). En general: 1) Puede ser administrado de forma segura hasta alta dosis acumulada y puede representar un fármaco atractivo para los pacientes que requiere la reexposición antracíclina. 2) Puede ser considerado una opción en el tratamiento adyuvante para los pacientes con mayor riesgo cardiológico. 3) En combinación con ciclofosfamida, está indicado para el tratamiento de primera línea del carcinoma de mama metastásico debido a la baja cardiotoxicidad, que permite una mayor acumulación de dosis (Airoldi y cols., 2011). Un problema de los liposomas de primera generación es que pueden ser detectados por el sistema mononuclear fagocítico (SMF) y como consecuencia es eliminado rápidamente de la circulación, impidiendo la distribución a tumores sólidos. Por lo tanto, se están desarrollando liposomas con la superficie modificada, por lo general derivados de PEG. Esto resolverá un problema, ya que aumentará la vida media en la sangre (Wang y cols., 2008). 5.1.2. Doxorrubicina liposomal pegilada (DLP) Representa una formulación mejorada de la DOX convencional. Es DOX clorhidrato encapsulada en liposomas cuya superficie se cubre con una capa densa de PEG unido covalentemente a la membrana lipídica. Esta formulación conduce a un significante cambio en el perfil de toxicidad, farmacocinética y propiedades del fármaco original (Kubeček y cols., 2015). Aplicaciones terapéuticas Está indicado actualmente para el tratamiento de sarcoma de Kaposi asociado a SIDA, cáncer de ovario y de mama metastásicos en los que existe un riesgo cardíaco aumentado. También en combinación con bortezomib se aplica para el tratamiento de mieloma múltiple progresivo en pacientes que hayan recibido al menos un tratamiento 19 previo y que ya hayan recibido un trasplante de médula ósea o no sean candidatos a recibirlo (EMA, 2016). Posología y forma de administración La dosis de administración es 35-70 mg/m2. No se debe administrar en forma de inyección en bolus o en solución sin diluir. Se recomienda que el gotero se conecte lateralmente a una perfusión intravenosa de glucosa al 5 % (50 mg/ml) para conseguir una mayor dilución y reducir el riesgo de trombosis y extravasación (EMA, 2016). Toxicidad El perfil toxicológico es bastante diferente de la de DOX convencional, los efectos adversos más comunes son EPP (síndrome mano-pie) y mucositis. La incidencia de mucositis principalmente es por la cantidad de DLP que se administra como una dosis única, a diferencia del síndrome que se asocia más bien con la intensidad de dosis (Kubeček y cols., 2015). EPP fue notificada con mayor frecuencia en ensayos clínicos en mujeres con cáncer de mama/ovario (50 mg/m2 cada 4 semanas). La incidencia global notificada de EPP fue del 44.0% - 46.1 %. Estas reacciones fueron principalmente leves, siendo graves (grado 3) entre un 17% y un 19.5 % de las mismas. Esta reacción se caracteriza por erupciones cutáneas dolorosas con enrojecimiento macular y aparece generalmente tras dos o tres ciclos de tratamiento. Los pacientes suelen experimentar mejoría en una o dos semanas, aunque en algunos casos, la recuperación completa puede llevar hasta 4 semanas o más. También se detectaron frecuentemente en las poblaciones de pacientes con cáncer de mama/ovario casos de estomatitis/mucositis y náuseas, mientras que en los pacientes con sarcoma de Kaposi asociado con SIDA (20 mg/m2 cada 2 semanas), la reacción adversa más frecuente fue la mielosupresión, principalmente leucopenia (EMA, 2016). El empleo profiláctico de pyridosina, inhibición de vasodilatación y la inducción de actividades (duchas calientes, la exposición de sol), entre otros reducen estas toxicidades (Kubeček y cols., 2015). En pacientes con tumores sólidos, incluyendo un subgrupo de pacientes con cáncer de mama y de ovario, tratados a una dosis de 50 mg/m2/ciclo con dosis acumuladas de antraciclina de por vida de hasta 1532 mg/m2, la incidencia de alteración cardíaca clínicamente significativa fue baja. De los 418 pacientes tratados con 50 mg/m2/ciclo de DLP, y con una medida basal de FEVI, 88 pacientes recibieron una dosis acumulada de antraciclina > 400 mg/m2, nivel de exposición asociado con un aumento del riesgo de 20 toxicidad cardiovascular con DOX convencional. Sólo 13 de estos 88 pacientes (15 %) presentaron una alteración en su FEVI clínicamente significativa, definida como un valor de FEVI menor del 45 % o una disminución de por lo menos 20 puntos respecto al basal. No obstante, en pacientes con enfermedad cardíaca que requiera tratamiento, sólo se administrará DLP cuando el beneficio supere el riesgo para el paciente (EMA, 2016). Por lo tanto, la cardiotoxicidad, el efecto secundario principal de DOX, es significativamente reducida en DLP, así como la incidencia de la alopecia, mielosupresión, náuseas y vómitos (Kubeček y cols., 2015). Otros efectos que puede producir son: reacción de perfusión como reacción alérgica, reacción anafilactoide, asma, edema facial, hipotensión, vasodilatación, etc. También se han notificado casos muy raros de cáncer oral secundario en pacientes expuestos a DLP durante un periodo de tiempo prolongado (más de un año) o en aquellos que reciben una dosis acumulada de DLP mayor de 720 mg/m2. Los casos de cáncer oral secundario fueron diagnosticados durante el tratamiento con DLP así como hasta 6 años después de la última dosis. Por último, se debe tener precaución en pacientes diabéticos, ya que cada vial de DLP contiene sacarosa y la dosis se administra en solución para perfusión intravenosa de glucosa al 5 % (50 mg/ml) (EMA, 2016). Farmacocinética Los liposomas pegilados contienen grupos PEG unidos a la superficie que crean una capa protectora que ayuda a reducir las interacciones lipídicas y los componentes del plasma. Esto permite que los liposomas de DLP circulen durante períodos prolongados de tiempo por el flujo sanguíneo. Al ser suficientemente pequeños pasan intactos (extravasación) a través de los vasos sanguíneos defectuosos que riegan los tumores. Los liposomas pegilados también tienen una matriz lipídica de baja permeabilidad y un sistema regulador acuoso interno que se combinan para mantener la DOX clorhidrato encapsulada durante el tiempo de permanencia del liposoma en circulación. A diferencia de DOX convencional, el volumen de distribución (Vd) de DLP es muy pequeño (2.72 l/m2) limitándose fundamentalmente al volumen del fluido vascular (EMA, 2016). En general, estas propiedades incluyen una vida media prolongada de 60-90 horas (en comparación a la de DOX con sólo 20-30 horas), pérdida mínima del fármaco desde la circulación de los liposomas, y distribución preferente en el tejido tumoral. Casi el 100% de la dosis administrada permanece encapsulado en liposomas después de infusión intravenosa de DLP (Kubeček y cols., 2015). 21 La eliminación no está influenciada por la función renal. El 5% de la dosis se excreta en la orina como DOX, doxorubicinol u otros metabolitos. 5.1.3. Diferencias entre las doxorrubicinas liposomales La diferencia más significativa radica en las alteraciones que causan los liposomas en la rapidez de eliminación de DOX del plasma. DLP incluye una vida media más prolongada, una pérdida mínima del fármaco desde la circulación de los liposomas, y además presenta un mayor aporte del fármaco a zonas de crecimiento tumoral en comparación con DLNP. Casi el 100% de la dosis administrada permanece encapsulado en liposomas después de infusión intravenosa. Esto refleja un perfil de toxicidad del fármaco en el que la reacción adversa de EPP no aparece descrita en la ficha técnica de la DLNP, pero sí lo hace con baja incidencia en los ensayos clínicos previos a su comercialización. Por el contrario, este efecto adverso es mucho más frecuente con DLP. Ambas formulaciones aumentan el aporte en la localización de la enfermedad en comparación con las dosis equivalentes de DOX convencional. Estas formulaciones están actualmente comercializadas DLNP (Myocet®) y DLP (Caelyx®). El problema que surge con los liposomas de larga circulación es que pueden presentar una liberación lenta de DOX, entonces se desarrollan numerosas estrategias para superar este problema. 5.1.4. Liposomas multifuncionales Estos liposomas tienen la capacidad de dirigirse específicamente y reconocer algunas células y órganos del cuerpo, gracias a la presencia de varios elementos como péptidos que penetran en las células, y sobre todo por el uso de inmunoliposomas dirigidos a antígenos intracelulares (Torchilin, 2006). En un estudio se obtuvieron liposomas multifuncionales modificando la DLP. Estos presentaban un péptido de penetración celular (TAT) que estaba conjugado por un enlace sensible al pH ácido del tumor con polietilenglicol-fosfatidiletanolamina (PEGPE), para proteger el péptido de la degradación. Además este complejo también contenía un anticuerpo monoclonal anti-nucleosoma (2C5) (Apte y cols., 2014). Estos liposomas multifuncionales administrados por inyección intravenosa mostraron una menor citotoxicidad que DLP en las líneas celulares sensibles y resistentes al 22 fármaco. Por otra parte, tuvieron un efecto anticancerígeno superior a DLP, por la reducción del volumen, el peso final del tumor, y la mayor apoptosis, ya que se demostró que los liposomas multifuncionales con el péptido TAT sensible al pH presentaba una mayor acumulación de DOX en el tejido tumoral que DLP y que los liposomas multifuncionales conjugados no sensibles al pH (Apte y cols., 2014). También se han desarrollado liposomas sensibles a otros estímulos como la temperatura, campo magnético, sistemas redox o formación de complejos moleculares. De esta forma, la modificación de liposomas multifuncionales cargados con DOX resulta ser una herramienta eficaz para superar la resistencia a DOX y para la entrega segura del fármaco en los tejidos tumorales. 5.2. Administración y liberación de Doxorrubicina a través de nanopartículas metálicas Los materiales inorgánicos han sido ampliamente estudiados para formación de imágenes mediante resonancia magnética nuclear, mientras que sus propiedades intrínsecas han sido exploradas para terapia. Existen varios tipos de nanopartículas metálicas, dentro de los cuales cabe destacar las nanopartículas de oro (AuNPs) y las nanopartículas magnéticas (MNPs). 5.2.1. Nanopartículas de oro con doxorrubicina (AuNPs-DOX) Las AuNPs suscitan gran interés tanto por sus propiedades como por sus posibles aplicaciones en biomedicina. Vienen siendo ampliamente estudiadas tanto desde el punto de vista de sus propiedades químicas: reconocimiento molecular, reactividad; como de sus propiedades biológicas: bioconjugados, esamblajes ADN-AuNPs, sensores de glucosa, etc o de sus propiedades físicas: ópticas, electroquímicas o electrostáticas (Villanueva , 2012). Las AuNPs poseen un enlace covalente de alta afinidad química entre el grupo tiol y el oro. De forma general se sintetiza mediante reacciones de óxido-reducción, partiendo de soluciones diluidas de ácido tetracloroáurico: H[AuCl4]·3H2O como precursor, en presencia de reductores orgánicos, (citrato trisódico: Na3C6H5O7·2H2O; tartrato de sodio y potasio: KNaC4H4O6·4H2O) y utilizando borohidruro sódico: NaBH4 como agente reductor inorgánico. En función del agente reductor utilizado es relativamente sencillo controlar el tamaño de las nanoparticulas que se obtiene (Corzo, 2012). 23 Como consecuencia de la diversidad de tamaños las nanopartículas van a presentar diferentes propiedades. En el caso concreto de la DOX al ser las NPs biocompatibles y altamente estables en diversos medios fisiológicos, se ha podido diseñar y desarrollar un sistema eficiente de administración para este fármaco. De esta forma las AuNPs se utilizan como vehículos, que contiene DOX (B-Au-PP-400-DOX) como se esquematiza en la figura 3. Para su diseño primeramente se usó 400μl de un extracto de hoja de la planta medicinal Peltophorum pterocarpum (PP). Dicho extracto acuoso se utilizó para la biosíntesis de las AuNPs. Para ello, se le adicionó H[AuCl4] y NaBH4 para llevar a cabo el proceso de reducción. Después, a esta mezcla de reacción se añadió gota a gota PEG-6000 y por último para preparar dicho sistema de administración de fármacos se incubó con DOX durante 1h. (Mukherjee y cols., 2015). Figura 3: Diseño y desarrollo de B-Au-PP-400-DOX.Tomado de ref (Mukherjee y cols., 2015) Este complejo (B-Au-PP-400-DOX) en comparación con la DOX convencional, mostró a través de estudios in vitro e in vivo una inhibición significativa de la proliferación celular de las células cancerígenas y una reducción del crecimiento del tumor respectivamente. También, demostró la captación celular rápida y liberación sostenida de DOX en forma de oro nanoconjugado en comparación con la DOX no conjugada. Además, el estudio in vivo no mostró cambios significativos en la hematología, bioquímica clínica en suero, o de la histopatología. Asimismo se estudió la biodistribución de DOX convencional y DOX nanoconjugada in vivo, para ello fueron administradas por vía intraperitoneal en dos ocasiones (2h y 24h), al cabo de este tiempo se tomaron muestras del hígado, riñón, bazo y pulmón. Al comparar ambas 24 administraciones, fue evidente que la administración del nanoconjugado mostraba una mayor concentración de DOX en los tumores aislados (Mukherjee y cols., 2015). Otro estudio también comprueba la baja toxicidad que demuestra estas NPs conjugadas, demostrando ser cardioprotectoras, debido a la alteración de la farmacocinética y farmacodinámica de esta formulación. El efecto mejorado de permeabilidad y retención hace que estas NPs se acumulen selectivamente en tejidos tumorales. Mientras que, DOX convencional (en células B16) se ajusta a un modelo de acumulación de fármaco lenta, Au-DOX se ajusta a un patrón de alta eficacia. En la captación de DOX y Au- DOX en células, Au-DOX era capaz de entrar en los núcleos de células B16 después de aproximadamente 4 h de incubación, mientras que DOX convencional entra en núcleos de cardiomiocitos ya que muestran mayor sensibilidad que Au-DOX. Además, se sugiere que el conjugado Au-DOX es un agente útil para superar la resistencia de DOX de las células cancerosas resistentes a la apoptosis, y que podría reducir la toxicidad en otros órganos, en particular el corazón (Tawagi y cols., 2015). Con este tipo de AuNPs, también es muy común utilizar diversas estrategias para obtener eficacia suficiente y lograr compensar la cinética de liberación lenta y la falta de especificidad de la célula. Concretamente la estrategia más popular es la liberación desde nanovehículos dependiente del pH que generalmente se internalizan en las células por endocitosis, y terminan en endosomas / lisosomas, donde los valores de pH disminuyen (6.5 a 4.5) y pueden acelerar la liberación. Además, se sabe que el tumor es más ácido (6.8 hasta 6.9) que los tejidos sanos (7.4), por lo que la liberación dependiente del pH es especialmente atractiva para el logro de la orientación del tumor (Gautier y cols., 2013). Otra estrategia importante, es la terapia fototérmica de tumores, que utiliza la capacidad de las AuNPs para absorber la luz en el espectro visible y en las regiones cercanas al infrarrojo (NIR). Se ha demostrado que los láseres NIR se pueden usar para excitar electrónica y vibracionalmente las NPs metálicas. La posterior relajación energética se produce transmitiendo calor al entorno, aumentando la temperatura e induciendo la liberación de DOX de los nanocompuestos. Las nanocápsulas de Au cargadas con DOX mataron a las células cancerosas después de haber sido irradiado por luz NIR y mostraron un efecto sinérgico de la quimioterapia y la terapia fototérmica (Wu y cols., 2011). Finalmente es posible ampliar el rango de aplicación de estas AuNPs funcionalizando su superficie. En concreto ha sido muy estudiada la modificación con PEG que permite 31 Figura 6. Distribución de DOX en tejidos a las 24h después de administrar por via IV DOX convencional y la micela DOX-hyd-PEG-ALN (A). El análisis cuantitativo de imágenes in-vivo (B). Tomado de ref (Ye y cols., 2015) En este caso los ratones objetos de ensayo que fueron tratados con las micelas DOX- hyd-PEG-ALN mostraron un retraso significativo en el crecimiento del tumor en comparación con los ratones tratados por la DOX convencional, sugiriendo que las micelas (DOX-hyd-PEG-ALN) podrían actuar como una plataforma ideal para ofrecer en tejidos tumorales de hueso una menor toxicidad sistémica (Ye y cols., 2015). 6. CONCLUSIONES -DOX convencional es una antraciclina que se utiliza para el tratamiento del cáncer, pero su uso está limitado por la toxicidad (cardiotoxicidad, nefrotoxicidad, hepatotoxicidad), la escasa especificidad tumoral, la baja acumulación del fármaco en la zona cancerosa y por fenómenos de resistencia. En base a esto surgen nuevos sistemas de administración y liberación de DOX que presentan grandes ventajas al compararse con la DOX convencional. -La DLNP puede recibir dosis más alta de DOX en el tumor (30-60 mg/m2) y confirma un perfil de toxicidad favorable con mejora del índice terapéutico, ya que un metaanálisis mostró una tasa inferior, de manera estadísticamente significativa, tanto de la insuficiencia cardíaca clínica (RR = 0.20, p = 0.02) como de la insuficiencia cardíaca clínica y subclínica combinada (RR = 0.38, p < 0.0001) en los pacientes tratados con DLNP versus DOX convencional. Pero, el problema es que puede ser detectado por el 32 SMF y por lo tanto es eliminado rápidamente de la circulación. Además, no resultó ser más activa en las líneas celulares resistente a DOX in vitro. -La DLP presenta baja cardiotoxicidad, tan sólo el 15 % de los pacientes presentaron una alteración cardiaca. Sin embargo, hay que destacar la reacción adversa de EPP que fue notificada del 44.0% - 46.1%. Este fármaco evita ser detectada por SMF, lo que aumenta su permanencia en la sangre con una vida media de 60-90 horas (en comparación a la de DOX con sólo 20-30 horas), produciendo un aumento de DOX en el tejido tumoral mayor que DLNP. Pero, el problema es la lenta liberación de DOX y poca especificidad. -Los liposomas multifuncionales superan la liberación lenta de DOX utilizando un enlace sensible al pH ácido del tumor. Es una herramienta eficaz para superar la resistencia y la entrega segura de DOX en los tejidos tumorales, muestra un efecto terapéutico superior a la DLP. -Las AuNPs y MNPs conjugadas con DOX presentan mayores ventajas que las formulaciones liposomales (DLNP y DLP), ya que son sistemas eficientes para la administración de DOX, siendo interesantes en el transporte y liberación controlada de DOX en los tejidos tumorales. Presentan ventajas de degradación enzimática, biocompatibilidad, aumentan la acumulación del fármaco convencional en el tejido tumoral, mejoran la resistencia, presentan reducción de la toxicidad sistemática, producen una gran apoptosis de las células cancerígenas y mejoran la direccionalidad de DOX hacia el tumor. -El sistema micelar conjugado con DOX, utiliza ligandos al igual que los inmunoliposomas para la especificidad tumoral. Los resultados de la concentración de DOX que inhibía el crecimiento celular en un 50% fue de DOX convencional 0.08 g/ml, las micelas conjugada con DOX más FOL 4.65 g/ml y las micelas con DOX 13.51 g / ml queriendo decir, que DOX convencional muestra mayor citotoxicidad debido a la rápida difusión en las células y que las micelas conjugadas con DOX más FOL presentan mayor citotoxicidad que las micelas sin FOL. También este conjugado presenta una gran captación intracelular, permeabilidad, resistencia y mayor capacidad de inhibición del ciclo celular que la DOX convencional. En definitiva, aumenta la distribución y liberación selectiva de DOX al tumor produciendo mayor muerte celular y mejorando la actividad antitumoral in vivo. 33 7. BIBLIOGRAFÍA Abraham SA, Waterhouse DN, Mayer LD, Cullis PR, Madden TD, Bally MB. The Liposomal Formulation of Doxorubicin. Methods Enzym. 2005;391:71–97. AbuHammad S, Zihlif M. Gene expression alterations in doxorubicin resistant MCF7 breast cancer cell line. Genomics. 2013;101(4):213–20. Agencia Española del Medicamento y Productos Sanitarios. CIMA: Centro de información Online de Medicamentos de la AEMPS [Internet]. [Consultado en Junio 2016]. Available from: http://aemps.gob.es/cima/dochtml/ft/73266/FichaTecnica_73266.html Agencia Europea del Medicamento. Human medicines [Internet]. [Consultado en Junio 2016]. 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