Ruta nose-to-brain. Nuevo enfoque para la liberación de activos en el cerebro.

1 Alba Zarallo Redondo RUTA NOSE-TO-BRAIN. NUEVO ENFOQUE PARA LA LIBERACIÓN DE ACTIVOS EN EL CEREBRO. FACULTAD DE FARMACIA UNIVERSIDAD DE SEVILLA FACULTAD DE FARMACIA UNIVERSIDAD DE SEVILLA GRADO EN FARMACIA TRABAJO FIN DE GRADO. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA. RUTA NOSE-TO-BRAIN. NUEVO ENFOQUE PARA LA LIBERACIÓN DE ACTIVOS EN EL CEREBRO. Alba Zarallo Redondo Departamento de Farmacia y Tecnología Farmacéutica Tutora: María Dolores Cayero Otero Sevilla, julio de 2021 1 1. RESUMEN La barrera hematoencefálica (BHE) constituye el principal impedimento para la administración de fármacos en el Sistema Nervioso Central (SNC). Se trata de una barrera dinámica cuya principal función es regular el intercambio de sustancias entre el cerebro y la sangre circulante. La baja permeabilidad de esta barrera hace que una gran variedad de fármacos sea incapaz de atravesarla y llegar, por tanto, a su lugar de acción. De esta forma, el tratamiento de enfermedades del SNC como, por ejemplo, las enfermedades neurológicas y neurodegenerativas, sigue siendo hoy en día un reto para la industria farmacéutica. Esta situación ha supuesto un impulso en la investigación que ha resultado en el descubrimiento de una nueva ruta (nose-to-brain) que permite liberar fármacos directamente en el cerebro mediante una administración intranasal totalmente indolora, segura, eficaz y no invasiva, gracias a la existencia de una conexión directa nariz-cerebro que evade completamente la BHE. En el presente trabajo se analizan las características de esta novedosa ruta, las principales estrategias encaminadas a mejorar el transporte, los dispositivos más adecuados para dicha administración intranasal y los medicamentos aprobados por las autoridades sanitarias que emplean esta vía de transporte. De igual forma, en esta revisión se ha puesto especial énfasis en la importancia que presenta la nanomedicina en este campo, estudiando las numerosas ventajas y posibilidades que ofrecen los nanotransportadores como las nanopartículas poliméricas para la administración y liberación de fármacos en el cerebro. Los estudios más recientes, así como los nuevos avances en nanomedicina evidencian un resultado esperanzador para el tratamiento de enfermedades del SNC empleando la ruta nose-to-brain, ya que resulta posible evadir la BHE, llegar al cerebro e incluso localizar el fármaco en zonas específicas del parénquima cerebral. Palabras clave: “nose-to-brain”, “nanomedicine”, “polimeric nanoparticles”, “intranasal delivery”, “brain delivery”. 2 ÍNDICE 1. RESUMEN ........................................................................................ 1 2. INTRODUCCIÓN ............................................................................... 4 2.1. BARRERA HEMATOENCEFÁLICA .................................................... 4 2.1.1. FUNCIÓN DE LA BARRERA HEMATOENCEFÁLICA ........................................... 4 2.1.2. ESTRUCTURA DE LA BARRERA HEMATOENCEFÁLICA ..................................... 4 2.1.3. TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA BARRERA HEMATOENCEFÁLICA ..................... 5 2.2. ANATOMÍA Y FISIOLOGÍA NASAL ................................................... 6 2.2.1. MOCO Y ACLARAMIENTO MUCOCILIAR ......................................................... 7 2.2.2. INERVACIÓN NERVIOSA DE LA CAVIDAD NASAL ............................................. 8 2.3. RUTA NOSE-TO-BRAIN .................................................................. 9 2.4. NANOTECNOLOGÍA Y NANOMEDICINA.......................................... 9 2.4.1. NANOPARTÍCULAS POLIMÉRICAS ................................................................. 10 3. OBJETIVOS ..................................................................................... 11 4. METODOLOGÍA .............................................................................. 12 5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ............................................................. 13 5.1. CARACTERÍSTICAS DE LA RUTA NOSE-TO-BRAIN. .......................... 13 5.1.1. MECANISMOS DE TRANSPORTE. ................................................................... 14 5.1.2. ESTRATEGIAS PARA MEJORAR EL TRANSPORTE ........................................... 18 5.2. NANOMEDICINA EN LA RUTA NOSE-TO-BRAIN. ............................ 22 5.3. VENTAJAS E INCONVENIENTES DE LA RUTA NOSE-TO-BRAIN. ....... 25 5.4. MEDICAMENTOS QUE UTILIZAN LA RUTA NOSE-TO-BRAIN. .......... 26 5.4.1. DISPOSITIVOS ADECUADOS PARA ADMINISTRACIÓN INTRANASAL. ............ 26 5.4.2. MEDICAMENTOS APROBADOS QUE UTILIZAN LA RUTA NOSE-TO-BRAIN. ... 30 6. NUEVOS AVANCES EN NANOMEDICINA EMPLEANDO LA RUTA ....... 33 7. CONCLUSIONES ............................................................................. 34 8. BIBLIOGRAFÍA ................................................................................ 35 3 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1 Esquema representativo de la estructura de la barrera hematoencefálica. 4 Figura 2 Esquema representativo de las rutas de transporte a través de la BHE. 5 Figura 3 Representación esquemática de la cavidad nasal en corte sagital. 7 Figura 4 Esquema representativo de inervación general de la cavidad nasal derecha. 8 Figura 5 Estructura química del PLGA. 10 Figura 6 Estructura química del quitosano. 11 Figura 7 Posición de los nervios trigémino y olfatorio donde tiene lugar el transporte nose-to-brain. 14 Figura 8A Mecanismos de transporte de fármacos por la ruta noseto-brain vía epitelio olfatorio. 15 Figura 8B Mecanismos de transporte de fármacos por la ruta noseto-brain vía nervio trigémino. 15 Figura 9A Ilustración de los primeros procesos en los mecanismos de transporte intracelular y extracelular. 18 Figura 9B Ilustración de los procesos posteriores en los mecanismos de transporte intracelular y extracelular. 18 Figura 10 Dispositivo ViaNaseTM. 28 Figura 11 Dispositivo POD®. 28 Figura 12A Esquema de administración y cierre del paladar blando empleando el dispositivo OptiMist™. 29 Figura 12B Dispositivo OptiMist™ para formas líquidas. 29 Figura 12C Dispositivo OptiMist™ para formas sólidas. 29 Figura 13A Comparación del ángulo de pluma de un aerosol procedente de sprays nasales convencionales con el procedente del dispositivo SipNose™. 30 Figura 13B Esquema de administración con dispositivo SipNose™. 30 Figura 14 Esquema del pulverizador nasal Spravato™. 31 Figura 15 Dispositivo del medicamento Onzetra™ Xsail™. 32 Figura 16 Tabla de porcentajes de pacientes con remisión de la migraña y síntomas asociados tras 2 horas de la administración. 32 4 2. INTRODUCCIÓN 2.1. BARRERA HEMATOENCEFÁLICA La barrera hematoencefálica (BHE) es una barrera dinámica entre sangre y cerebro que se define como una estructura morfológica constituida por las células endoteliales de la red capilar del Sistema Nervioso Central (SNC) estrechamente conectadas (Saraiva et al., 2016). 2.1.1. FUNCIÓN DE LA BARRERA HEMATOENCEFÁLICA La función principal de la BHE es regular el intercambio de sustancias entre la sangre circulante y el tejido nervioso de manera que provee al cerebro de nutrientes y se encarga del eflujo de las sustancias de desecho manteniendo así la homeostasis y protegiendo al SNC de la entrada de compuestos potencialmente tóxicos (Escobar y Gómez, 2008). La BHE no discrimina entre tóxicos y fármacos, por lo que constituye el principal problema para la llegada de activos al cerebro. 2.1.2. ESTRUCTURA DE LA BARRERA HEMATOENCEFÁLICA La BHE está formada por células endoteliales, astrocitos, pericitos, microglía y matriz extracelular. Las células endoteliales presentan uniones estrechas asociadas a las proteínas claudina, ocludina y moléculas de adhesión, así como ciertas proteínas accesorias (ZO-1/2/3) y cingulina. Además, encontramos uniones adherentes que sellan los espacios intercelulares bloqueando la vía paracelular, formadas por cateninas (Bradley et al., 2011). Todo este entramado de uniones le confiere una hermeticidad única como barrera fisiológica del organismo (Figura 1). 5 Figura 1: Esquema representativo de la estructura de la barrera hematoencefálica (Cayero, 2019). 2.1.3. TRANSPORTE A TRAVÉS DE LA BARRERA HEMATOENCEFÁLICA La BHE constituye el principal obstáculo a superar para la liberación de fármacos en el SNC, pues como se ha dicho anteriormente, la permeabilidad es muy selectiva. La liposolubilidad y el tamaño de los fármacos son los factores más importantes para traspasar la BHE, ya que pueden pasar por difusión pasiva aquellos fármacos liposolubles con un peso molecular menor de 400 Da (Pardridge, 2010). Como dificultad añadida, existe un sistema de eflujo de sustancias potencialmente tóxicas a través de glicoproteína-P (un transportador de membrana ATP-dependiente) (Ambudkar et al., 2003). Una gran variedad de fármacos son sustrato de esta bomba de eflujo y, por ello, aunque consiguen atravesar la BHE, esta glicoproteína se encarga de devolverlos a la sangre circulante sin que se alcancen concentraciones terapéuticas de dichos activos en el cerebro (Pandit et al., 2019). Cabe destacar que, aunque muy específicas y delimitadas, existen ciertas zonas alrededor de los ventrículos cerebrales desprovistas de BHE que conforman los órganos circunventriculares y permiten la difusión sanguínea de moléculas y la regulación endocrina y funcional del sistema nervioso autónomo (Bradley et al., 2011). De forma general, podemos distinguir varias rutas de transporte que consiguen atravesar la BHE (Figura 2): Figura 2: Esquema representativo de las rutas de transporte a través de la BHE (Cayero, 2019). 6 Difusión pasiva: proceso que permite el paso de moléculas lipófilas y de pequeño tamaño a favor del gradiente de concentración y sin que requiera de energía metabólica alguna (Cohen y Bangham, 1972). Transporte mediado por transportadores: proceso que implica el paso de moléculas hidrófilas gracias a ciertas proteínas transportadoras que facilitan el tránsito a favor del gradiente de concentración o en contra de este, siendo necesaria la hidrólisis de ATP en este último caso (Wong et al., 2012). Endocitosis y transcitosis: Ambos procesos pueden ser tanto adsortivos como mediados por receptor y permiten la internalización de macromoléculas plasmáticas. En el caso de la endocitosis, el paso se produce a través de invaginaciones que dan lugar a vesículas. Por el contrario, la transcitosis ocurre a través del movimiento transcelular (Wong et al., 2012). A lo largo de los años se han ido desarrollando numerosas estrategias para mejorar el transporte de fármacos a través de la BHE, donde podemos incluir el uso de vectores virales (lentivirus y adenovirus), nanopartículas (que resultan muy útiles debido a su tamaño nanométrico y su capacidad de funcionalización) o exosomas, que debido a su naturaleza no inmunogénica consiguen mantener su estabilidad, entre otros (Dong, 2018). Afortunadamente, en los últimos años se ha identificado una nueva vía que permite la llegada directa de las moléculas y activos al SNC a través de la ruta nose-to-brain. 2.2. ANATOMÍA Y FISIOLOGÍA NASAL La cavidad nasal tiene una superficie total de 150 cm3, está dividida por el tabique nasal y el septum en dos mitades iguales y simétricas. Se encuentra conectada con el exterior a través de los orificios nasales, así como con la nasofaringe a través de las coanas (Crowe et al., 2018) Podemos diferenciar tres partes principales (Figura 3): Zona vestibular: Se trata de la parte que da entrada a la cavidad nasal a través de los orificios nasales. El revestimiento que la caracteriza es cutáneo en lugar de mucoso y presenta pelos o vibrisas cuya función principal es atrapar el polvo del aire inspirado (Latarjet y Ruiz Liard, 2019). 7 Zona respiratoria: Ocupa los dos tercios inferiores de la cavidad nasal donde se encuentran los cornetes y está formada por un epitelio cilíndrico pseudoestratificado que presenta células ciliadas y caliciformes que aumentan la superficie total, así como glándulas seromucosas productoras de moco. Se puede considerar como la región más vascularizada, lo que le confiere capacidad para calentar y humidificar el aire que se inspira (García-Porrero et al., 2013). Zona olfatoria: Representa un porcentaje muy pequeño de la superficie total de la cavidad nasal. Se encuentra en la zona superior, por encima de los cornetes. Se trata de un epitelio cilíndrico pseudoestratificado ciliado donde encontramos células olfatorias, basales y de sostén. Las células olfatorias son neuronas bipolares encargadas de la recepción de los estímulos olfatorios. Estas células son el único contacto directo del SNC con el exterior, pues sus cuerpos celulares se encuentran en el bulbo olfatorio, mientras que sus axones están en la zona olfatoria de la cavidad nasal (Cayero et al., 2018) Figura 3: Representación esquemática de la cavidad nasal en corte sagital (Grassin-Delyle et al., 2012). 2.2.1. MOCO Y ACLARAMIENTO MUCOCILIAR La mucosidad nasal es un líquido constituido por agua, electrolitos y proteínas cuyo pH oscila entre 5,6 - 6,5. Actúa como “filtro”, ejerciendo de barrera para las partículas inspiradas durante la respiración. Esta cualidad protectora del moco supone un inconveniente para la absorción de fármacos a través de la mucosa nasal, ya que dificulta su paso. 14 5.1.1. MECANISMOS DE TRANSPORTE. A pesar de que los datos procedentes de estudios en animales no son directamente equiparables a humanos por evidentes diferencias anatómicas y fisiológicas, se han propuesto varios mecanismos basados en estudios preclínicos para la liberación de fármacos en humanos mediante la ruta nose-to-brain. Estos mecanismos no están completamente dilucidados, pero el transporte desde la nariz al parénquima cerebral ocurre, en gran medida, a través del epitelio olfatorio y el nervio trigémino (Figura 7) (Trevino et al., 2021). Figura 7: Posición de los nervios trigémino y olfatorio donde tiene lugar el transporte nose-tobrain (Samaridou y Alonso, 2018). Cuando las partículas de fármaco han sido convenientemente inhaladas con un dispositivo adecuado, entran en la zona vestibular de la cavidad nasal donde los cilios, la mucosidad y la turbulencia filtran las partículas mayores de 12 µm (Trevino et al., 2021), de forma que sólo aquellas partículas que escapan del filtro llegan a la zona respiratoria. La válvula nasal formada por los cornetes y cartílagos experimenta un ciclo alternado de congestión y descongestión en periodos de 3 a 7 horas, lo que dificulta el paso de sustancias a la zona olfatoria (Jones, 2001). Sin embargo, utilizando dispositivos adecuados, alrededor del 45% del fármaco administrado por vía intranasal consigue llegar a la zona olfatoria, por lo que el epitelio olfatorio se considera como el lugar de absorción predominante en la ruta nose-to-brain (Warnken et al., 2016). 15 Podemos diferenciar dos tipos de mecanismos de transporte, intracelular y extracelular. Ambos tienen lugar tanto en el epitelio olfatorio como en el nervio trigémino (Figura 8 A y B). Figura 8: (A): Mecanismos de transporte de fármacos por la ruta nose-to-brain vía epitelio olfatorio (Samaridou y Alonso, 2018). (B): Mecanismos de transporte de fármacos por la ruta nose-to-brain vía nervio trigémino (Samaridou y Alonso, 2018). 5.1.1.1. Mecanismo de transporte intracelular. El transporte intracelular comienza con la absorción de las partículas por parte de las neuronas. La bibliografía nos demuestra que las neuronas olfatorias están capacitadas para realizar endocitosis y pinocitosis de virus (Van Riel et al., 2014), así como de una gran cantidad moléculas cuyo tamaño oscila entre 294 Da (lactato de aluminio) (Perl, 1987) y 80 KDa (wheat-germ agglutinin horseradish peroxidase o WGA-HRP) (Zigova et al., 1992). Podemos decir que la pinocitosis ocurre con mayor frecuencia que la 16 endocitosis mediada por transportador, debido a la gran cantidad de sustancias que son susceptibles de ser captadas por la neurona y a la especificidad en la activación de los transportadores. Una vez dentro de la neurona, el endosoma formado se dirige al aparato de Golgi y después sufre un transporte axonal intracelular hacia el bulbo olfatorio, puesto que dichos axones atraviesan los orificios de la lámina cribosa del etmoides para llegar así al bulbo olfatorio en el SNC. Cuando estas vesículas que contienen las partículas de fármaco llegan a la región terminal del axón se produce la exocitosis del contenido, que es captado por las neuronas postsinápticas del bulbo olfatorio o células mitrales cuyo soma se proyecta hasta prácticamente la totalidad de la superficie cerebral (Crowe et al., 2018). El transporte intracelular por el epitelio olfatorio y el nervio trigémino se considera un mecanismo lento y no principal en la ruta nose-to-brain que puede llegar a tardar hasta 24h; sin embargo, la velocidad de este no depende del tamaño de la molécula en cuestión, sino del propio mecanismo de transporte axonal, ya que se han encontrado velocidades similares en moléculas de diferentes tamaños (Crowe et al., 2018). 5.1.1.2. Mecanismo de transporte extracelular. La vía extracelular implica la captación transcelular hacia las células de soporte o la absorción paracelular cruzando el epitelio nasal por espacios intercelulares, pues a pesar de la existencia de uniones estrechas que conectan unas células con otras, encontramos ciertos huecos. El epitelio nasal está sometido a un constante cambio de células olfatorias con una vida media de 30-60 días. Hasta que no se hayan reestablecido completamente las nuevas uniones estrechas, se crean canales de paso paracelular (Keller et al., 2021). Este movimiento paracelular permite a las partículas de fármaco llegar a la lámina propia. Tras llegar a la lámina propia, el fármaco se puede distribuir de tres maneras diferentes: Absorción por vasos sanguíneos locales entrando así a circulación sistémica. La gran vascularización de la región respiratoria de la cavidad nasal favorece este mecanismo. Sin embargo, cantidades mínimas de fármaco llegan al SNC a través 17 de ramas de la arteria carótida, incluidas las arterias maxilar, oftálmica y facial (Trevino et al., 2021). Absorción de la submucosa al sistema linfático. Los vasos linfáticos de la nariz drenan hacia los ganglios linfáticos cervicales profundos del cuello y al líquido cefalorraquídeo (LCR) (Yang et al., 2019). Convección en los espacios perineural y perivascular que tienen una conexión con los compartimentos craneales (Keller et al., 2021), pues el espacio perineural que rodea los axones de las neuronas olfativas se conecta con el líquido cefalorraquídeo del espacio subaracnoideo (Johnston et al., 2004). Además, la presión sistólica de las arterias que nutren a los axones crea ondas de alta presión que comprimen el espacio perivascular y mueve el contenido de este. La llamada “bomba perivascular” se considera responsable de la rápida distribución de líquidos y moléculas hacia el cerebro (Lochhead et al., 2015). En varios estudios se ha calculado que el tiempo necesario para que la IGF-1 marcado con 125I administrado por vía intranasal llegue al tronco del encéfalo a través del flujo masivo perivascular es de 33 minutos (Lochhead y Thorne, 2012; Keller et al., 2021). Esto apoya la hipótesis de que el transporte extracelular es más rápido que el intracelular y probablemente la vía predominante para que los fármacos administrados por vía intranasal lleguen al SNC. Una nueva vía ha sido recientemente implicada en el mecanismo por el cual los fármacos administrados por vía intranasal llegan al SNC. Se trata de la vía rostral migratoria, una ruta de migración celular especializada del encéfalo de ciertos animales a través de la cual, células neuroprogenitoras como los neuroblastos originados en la zona subventricular migran hasta llegar al bulbo olfatorio donde se van a diferenciar en interneuronas (Wang et al., 2011). Un estudio hecho en ratones en el que esta ruta fue inhibida quirúrgicamente observa que la liberación intranasal de 125I-eritropoyetina y 125I-calcitonina disminuyó en más del 80%, lo que nos muestra un papel importante de la vía rostral migratoria en el mecanismo de transporte nose-to-brain (Scranton et al., 2011). Sin embargo, la existencia en humanos de la vía rostral migratoria o un análogo de esta sigue siendo aún controvertido (Crowe et al., 2018), por lo que no está completamente dilucidado si esta vía tiene un papel considerable para la liberación de 18 activos por vía intranasal en humanos. Podemos ver un esquema del mecanismo de transporte intracelular y extracelular en la siguientes figuras (Figura 9 A y B): Figura 9: (A): Ilustración de los primeros procesos en los mecanismos de transporte intracelular y extracelular (Crowe et al., 2018). (B): Ilustración de los procesos posteriores en los mecanismos de transporte intracelular y extracelular (Crowe et al., 2018). 5.1.2. ESTRATEGIAS PARA MEJORAR EL TRANSPORTE. Para que el transporte al parénquima cerebral de los fármacos administrados por vía intranasal sea efectivo y seguro debemos tener muy en cuenta la formulación, puesto que dicho transporte se ve muy influenciado por las características fisicoquímicas del compuesto activo, así como por las barreras fisiológicas que lo dificultan. Algunas de 19 estas barreras son la válvula nasal, el aclaramiento mucociliar, el metabolismo nasal y los sistemas de eflujo de sustancias del SNC, entre otras. (Trevino et al., 2021). Por todo lo anterior, ha sido necesario desarrollar una serie de estrategias capaces de mejorar el transporte de fármacos al cerebro consiguiendo eludir las barreras fisiológicas presentes: Potenciadores de la permeabilidad: A pesar de que la mayoría de las moléculas lipofílicas sean capaces de traspasar el epitelio nasal por difusión pasiva, aquellas que presenten un mayor carácter hidrófilo en su estructura, péptidos o macromoléculas lo tendrán más difícil. En estos casos, el uso de compuestos capaces de potenciar la permeabilidad como los agentes surfactantes no iónicos (Cremophor EL, Cremophor RH40, Poloxamer 188 o el éster laurato de sacarosa), será de gran ayuda (Martins et al., 2019). También ha demostrado eficacia el empleo de β-ciclodextrina, pues es capaz de romper la membrana lipídica creando complejos de inclusión. Por otro lado, el quitosano puede abrir las uniones estrechas del epitelio nasal y aumentar el tiempo de retención del fármaco gracias a su característica mucoadhesiva de la que hablaremos más adelante (Rassu et al., 2016). La utilización de potenciadores de permeabilidad puede implicar irritación de la mucosa nasal, sobre todo en el caso de los surfactantes porque su mecanismo de acción supone una ruptura en la barrera nasal. Sin embargo, el quitosano es biodegradable, seguro y no irritante por lo que se considera como un excipiente GRAS (Generally Reconigsed As Safe) (Casettari e Illum, 2014). Inhibidores enzimáticos: El metabolismo que tiene lugar en la cavidad nasal es relativamente bajo. No obstante, la presencia de enzimas procedentes del CYP450, transferasas, exopeptidasas y endopeptidasas supone una disminución significativa en la biodisponibilidad de fármacos administrados por vía intranasal, de manera que la inhibición de dicho metabolismo incrementaría la estabilidad y disminuiría la biotransformación de las moléculas activas (Martins et al., 2019). Los inhibidores enzimáticos más utilizados son bestatina, amastatina, boroleucina, ácido fusídico y fosfolípidos (Trevino et al., 2021) La 20 fluvoxamina también ha demostrado ser un potente inhibidor del metabolismo nasal incrementando la absorción de melatonina (Dhamankar et al., 2017). Inhibidores del aclaramiento mucociliar: Todos los fármacos que sean administrados por vía intranasal, al igual que el resto de las partículas que entran a la cavidad nasal, van a ser arrastrados por el moco y los cilios móviles de la zona respiratoria de la nariz hacia la nasofaringe. Este fenómeno denominado aclaramiento mucociliar supone un obstáculo importante en la absorción de activos como se indicó en párrafos anteriores. Con el objetivo de aumentar al máximo el tiempo de contacto de los fármacos, se utilizan como excipientes polímeros mucoadhesivos y espesantes entre los que destacan quitosano, hipromelosa, carbopol, carboximetilcelulosa, ácido poliacrílico, poloxámero, hialuronato sódico y goma gellan, entre otros. La mayoría de estos compuestos están cargados positivamente, lo que les hace interaccionar con las mucinas presentes en la zona apical de las células del epitelio nasal (Gänger y Schindowski, 2018). Profármacos: Un profármaco es una molécula inactiva procedente de la modificación en la estructura química de un activo con el propósito de evitar su degradación antes de ser absorbido. Tras su proceso de absorción, los profármacos sufren transformaciones enzimáticas que, finalmente, dan lugar a la molécula activa en su lugar de acción. Esta estrategia ha evidenciado buenos resultados aumentando el transporte de tetrahidrocannabinol (THC) y L-dopa por vía intranasal (Martins et al., 2019). Péptidos de penetración celular: Los péptidos de penetración celular se definen como secuencias aminoacídicas de pequeño tamaño con facultad para atravesar membranas celulares, así como para favorecer el paso de otras moléculas (Shi et al., 2014). Esta característica ha sido aprovechada para mejorar el transporte al cerebro de ciertos activos como la insulina que, cuando es coadministrada con Lo D-penetrating, incrementa su concentración en el bulbo olfatorio y en el parénquima cerebral (Kamei y Takeda-Morishita, 2015). 21 Mezclas eutécticas: Una mezcla eutéctica está formada por dos o más sustancias en estado cristalino y presenta un único punto de fusión que, además, resulta ser más bajo que el de las sustancias por separado. Estas mezclas mantienen las propiedades de las moléculas que la conforman, excepto algunas como la solubilidad o el punto de fusión (Bazzo et al., 2020). La administración de una mezcla eutéctica de zolmitriptán demostró aumentar la concentración de este fármaco en el cerebro en comparación con la administración de este sin la mezcla eutéctica o por vía intravenosa (Khan et al., 2016). También encontramos estudios hechos en ratas que avalan un incremento de cobrotoxina (candidato a analgésico) en el cerebro tras su administración intranasal en combinación con la mezcla eutéctica de borneol/mentol (Li et al., 2007). Vasoconstrictores: Otra estrategia favorable es la coadministración del fármaco con vasoconstrictores como fenilefrina. En este caso, el aumento del transporte a través de la ruta nose-tobrain se produce por una disminución de la absorción sistémica del fármaco a causa de la vasoconstricción y, por tanto, un aumento del tiempo de retención de este en la mucosa nasal (Martins et al., 2019). Inhibidores de glicoproteína-P: Aunque no puede ser considerada como una estrategia que mejora el transporte de fármacos al cerebro de forma directa, sí que resulta útil para que la concentración de activo que consiga llegar al SNC no disminuya a causa del sistema de eflujo. Por ello, se trata de una táctica que potencia el transporte de una forma indirecta. Como ya se ha comentado anteriormente, glicoproteína-P es un sistema de transportadores que se encarga del eflujo de aquellas sustancias que puedan resultar tóxicas para el SNC, incluidos los fármacos. Este mecanismo de defensa implica una bajada significativa de la concentración de sustancias activas como el verapamilo en su lugar de acción. Tanto el uso de ciclosporina A como de rifampicina han demostrado incrementar los niveles de verapamilo en el cerebro (Shingaki et al., 2011), así como la 22 coadministración de pantoprazol y elacridar que evidencian un aumento de la concentración de imatinib en el parénquima cerebral (Hada et al., 2017). Por otro lado, los nanotransportadores pueden ser muy útiles para evitar este sistema de eflujo, ya que el fármaco queda completamente encapsulado y protegido (Trevino et al., 2021). El reconocimiento de activos por parte de la glicoproteína P depende de la concentración de dichas moléculas activas. De esta forma, cuando se administran fármacos encapsulados disminuye su reconocimiento por parte del sistema de eflujo, ya que las concentraciones que se alcanzan son sostenidas en el tiempo, mientras que, si el fármaco se administra en forma libre, las concentraciones que se obtienen en un principio son muy altas, lo cual facilita el reconocimiento y su salida del SNC (Cayero et al., 2019). Nanomedicina: Como se ha comentado en la introducción de esta revisión, la nanomedicina nos aporta ventajas adicionales para la administración de fármacos. Por esto, es objeto del presente trabajo evaluar las ventajas que nos ofrece con respecto a la administración del fármaco libre y dedicamos a ello el apartado siguiente. 5.2. NANOMEDICINA EN LA RUTA NOSE-TO-BRAIN. Con respecto a la terapéutica tradicional, los nuevos sistemas de administración nanométricos ofrecen una serie de virtudes entre las que se encuentran la protección del activo, el control de la liberación, el acceso a zonas pequeñas del organismo y el aumento de la biodisponibilidad. Otra ventaja importante que nos ofrece el uso de nanopartículas como sistema de administración de fármacos es la disminución de los efectos adversos derivados de su acción farmacológica en zonas que no consideramos como diana terapéutica. Esto se debe a la posibilidad de funcionalizar la superficie de las nanopartículas con diferentes ligandos que ayuden a dirigirla específicamente al lugar de acción que nos interesa, proceso denominado vectorización activa. En este apartado destacamos la funcionalización de la superficie con aptámeros definidos como pequeñas secuencias monocatenarias de nucleótidos de ADN o ARN que aportan especificidad a la formulación porque consiguen unirse concretamente a la diana farmacológica (Fu y Xiang, 2020). Otra opción para funcionalizar nanopartículas es 23 utilizar anticuerpos o proteínas que se enlacen a ligandos o receptores concretos (Jahan et al., 2017). La superficie de las nanopartículas se puede modificar para optimizar aún más el perfil farmacocinético de la formulación introduciendo, por ejemplo, quitosano (Mistry et al., 2009), que como se comentó en apartados anteriores de este trabajo, contribuye a un aumento del tiempo de retención debido a sus propiedades mucoadhesivas, además de potenciar la permeabilidad. También ha demostrado ser de utilidad disminuir la lipofilia de ciertas nanopartículas revistiendo la superficie de estas con surfactantes de carácter hidrófilo como Poloxamer 188, Polisorbato 80 (Tween 80) o polietilenglicol (PEG). En este último caso, el proceso se denomina pegilación y se realiza para prevenir la opsonización de las nanopartículas, puesto que dicho revestimiento con polietilenglicol dificulta el reconocimiento por parte del sistema reticuloendotelial (Cayero et al., 2018). Todas estas opciones se incluyen en la llamada vectorización pasiva. Estudios recientes evidencian que el uso de nanopartículas de PLGA incrementan de forma significativa el porcentaje de transporte de Tarenflurbil (agente reductor selectivo de Aβ42 y modulador de la secretasa ɣ) a través de la vía transcelular en los axones de células olfatorias (Muntimadugu et al., 2016). Asimismo, Cayero et al., realizaron un estudio In vivo que demuestra una mejora en la distribución en el cerebro de venlafaxina administrada por vía intranasal en ratones utilizando nanopartículas poliméricas funcionalizadas con transferrina. Además, consiguen evadir de esta forma el sistema de eflujo glicoproteína-P (Cayero et al., 2019). Zhang et al. diseñaron un estudio in vitro e in vivo donde se compara la administración intranasal con la administración parenteral de paclitaxel utilizando nanopartículas poliméricas de PLGA con el objetivo de valorar su acción en el glioblastoma. La administración intranasal derivó en una mayor concentración del fármaco en el tumor que la administración intravenosa y una disminución de concentración en tejidos periféricos no considerados como diana terapéutica. Además, la administración intranasal consiguió inhibir el crecimiento del tumor de manera más eficaz que la administración intravenosa (Zhang et al., 2020). 30 Figura 13: (A): Comparación del ángulo de pluma de un aerosol procedente de sprays nasales convencionales con el procedente del dispositivo SipNose™. (B): Esquema de administración con dispositivo SipNose™. (www.sipnose.com) Este dispositivo está siendo utilizado en ensayos clínicos administrando midazolam para sedación pediátrica (NCT03635398). 5.4.2. MEDICAMENTOS APROBADOS QUE UTILIZAN LA RUTA NOSE-TO-BRAIN. En el apartado anterior se han comentado los distintos dispositivos que se encuentran actualmente en estudio y cuyo principal fin consiste en maximizar el transporte narizcerebro durante la administración intranasal del fármacos. De todos ellos, tan sólo el dispositivo OptiMist™ se comercializa con el nombre Onzetra™ Xsail™. Además de este medicamento, encontramos otros dos que también habrían sido aprobados por las autoridades sanitarias y que se comercializan en algunos países, entre los que todavía no se encuentra España. No obstante, resulta interesante conocer sus principales características: SPRAVATO™: Se trata de un medicamento desarrollado por la farmacéutica Janssen que ha sido aprobado tanto por la FDA como por la EMA en el año 2019. Sin embargo, aún no se encuentra comercializado en España. Su principio activo es esketamina (enantiómero S de la ketamina), antagonista no competitivo del receptor NMDA. Produce un aumento de liberación de glutamato que estimula el receptor AMPAR y contribuye al restablecimiento de la función sináptica en zonas implicadas en la regulación del estado de ánimo y del comportamiento emocional. Está indicado, por tanto, en adultos con trastorno depresivo mayor resistente a otros 31 tratamientos. El dispositivo es un pulverizador nasal que administra 28 mg de esketamina en dos pulverizaciones (una por cada fosa nasal) (Figura 14). Figura 14: Esquema del pulverizador nasal Spravato™ (Agencia Europea del Medicamento, 2021). Presenta una biodisponibilidad absoluta media del 48%, puede medirse en plasma a los 7 minutos de la administración intranasal. El tiempo hasta alcanzar la concentración máxima es de 20 a 40 minutos tras la segunda pulverización nasal. Se evaluó Spravato™ en tres estudios de fase 3 aleatorios, doble ciego y con control activo en pacientes con depresión resistente a tratamientos y demostró ser eficaz tanto a corto plazo como a largo plazo en ensayos de prevención de recaídas (Agencia Europea del Medicamento, 2021). ONZETRA™ XSAIL™: Este medicamento ha sido desarrollado por Avanir Pharmaceuticals, Inc. y aprobado por la FDA en el año 2016. Aún no ha sido aprobado por la EMA ni se encuentra comercializado en España. El principio activo es sumatriptán, agonista selectivo de los receptores 5-HT1 en los vasos sanguíneos craneales, de forma que se produce vasoconstricción e inhibición de neuropéptidos inflamatorios. Por ello, está indicado para el tratamiento agudo en adultos de migraña con y sin aura. Utiliza el dispositivo de administración intranasal de la compañía OptiNose, que tal y como se ha detallado en el apartado anterior, está diseñado para maximizar el 32 transporte directo al cerebro y disminuir la posibilidad de inhalación de fármaco gracias al cierre del paladar blando en el momento de la administración (Figura 15). La dosis recomendada es de 22 mg repartida en 11 mg por cada fosa nasal. Figura 15: Dispositivo del medicamento Onzetra™ Xsail™ (www.onzetra.com). La eficacia de Onzetra™ Xsail™ se estableció en un estudio clínico multicéntrico, aleatorio, de doble ciego y controlado con placebo en el que se demostró una disminución de la migraña y de los síntomas asociados mucho mayor en pacientes tratados con Onzetra™ Xsail™ que en el grupo administrado con placebo (Figura 16) (Food and Drugs Administration, 2021). Figura 16: Tabla de porcentajes de pacientes con remisión de la migraña y síntomas asociados tras 2 horas de la administración (Food and Drugs Administration, 2021). NYXOID®: Este medicamento se encuentra aprobado por la EMA desde el año 2017, aunque no comercializado actualmente en España. El principio activo es naloxona, un derivado semisintético de la morfina que actúa como antagonista competitivo de los receptores opioides. Su afinidad es tan alta que desplaza 33 a los agonistas y antagonistas parciales. Esta acción farmacológica hace que sea muy útil para el tratamiento de urgencia en caso de sospecha o confirmación de sobredosis por opioides en adultos y adolescentes mayores de 14 años. La administración intranasal de naloxona ha demostrado una absorción muy rápida, pues tan sólo un minuto después de la administración podemos encontrar principio activo en circulación sistémica. La duración de acción fue más prolongada en la administración intranasal que en la intramuscular, lo que hace de este medicamento una alternativa muy interesante (Agencia Europea del Medicamento, 2021). 6. NUEVOS AVANCES EN NANOMEDICINA EMPLEANDO LA RUTA Los nuevos avances en el campo de la liberación de activos al cerebro van enfocados a controlar la localización del fármaco dentro del parénquima cerebral. Se trata, por tanto, de optimizar la liberación tras haberse producido con éxito la administración intranasal y el correspondiente transporte directo nariz-cerebro. Para ello, se han empleado métodos físicos como la tecnología de Ultrasonido Focalizado (FUS). Esta técnica fue introducida por Chen et al. que emplearon los ultrasonidos para abrir la BHE de forma transitoria a fármacos administrados por vía IV. Posteriormente, utilizaron la técnica FUS en combinación con microburbujas (FUSIN) para determinar su efecto en la administración intranasal en ratones del factor neurotrófico derivado del cerebro (BDNF) y resultó mejorar el transporte. Además, se conseguía su localización en una zona específica del cerebro (Chen et al., 2016). La hipótesis que postulan Ye et al. para explicarlo basa la técnica FUSIN en el empleo de la tecnología FUS para activar microburbujas en zonas concretas del cerebro que permiten incrementar la concentración de activo en esa misma región. Observaron en un estudio ex vivo que el movimiento de las microburbujas crea una presión sobre los capilares suficiente como para que estos se contraigan y se expandan, así como sobre el tejido circundante (Ye et al., 2018). Si recordamos el mecanismo de transporte extracelular de la ruta nose-to-brain, podemos decir que la “bomba perivascular” es muy similar a esta “bomba” creada por microburbujas y es precisamente dicha semejanza la que hace posible que mejore el transporte y la localización controlada en las regiones del cerebro que nos interesan. 34 Ye et al. emplearon con éxito esta técnica para estudiar en ratones la biodistribución de nanoclusters de oro (nanopartículas metálicas) administradas por vía intranasal y consiguieron no solo mejorar el transporte nariz-cerebro, sino también localizar el fármaco en la zona cerebral tratada con FUS (Ye et al., 2018). Asimismo, han desarrollado un protocolo detallado de cómo llevar a cabo la liberación de activos por FUSIN en cerebros de roedores (Ye et al., 2021). También han descrito algunos de los parámetros experimentales que afectan a la técnica y que hay que tener en cuenta a la hora de emplearla (Ye et al., 2020). 7. CONCLUSIONES I. La nanotecnología ha demostrado ser una ciencia actualmente en auge por sus numerosos beneficios y ventajas que resultan de gran ayuda cuando se aplican al campo de la medicina, por lo que afirmamos que la nanomedicina es el presente y el futuro de la industria farmacéutica. II. La cavidad nasal presenta características anatómicas y fisiológicas aptas para la administración de activos al SNC, pues la conexión directa nariz-cerebro hace posible el nacimiento de una nueva ruta nose-to-brain que evade el transporte a través de la BHE. III. El empleo de nanopartículas poliméricas para la administración de activos por vía intranasal mejora notablemente el transporte al SNC gracias a su pequeño tamaño, gran capacidad de encapsulación, posibilidad de controlar la liberación del fármaco y disminución de efectos adversos. Además, se trata de una alternativa biocompatible y biodegradable, características imprescindibles para el uso clínico. IV. Gran cantidad de estudios encaminados a desarrollar dispositivos adecuados para administración intranasal, ensayos clínicos y estrategias para localizar fármacos en zonas concretas del cerebro demuestran el avance que supone y el valor potencial de esta nueva ruta en la industria farmacéutica. V. Actualmente encontramos medicamentos aprobados por autoridades sanitarias internacionales y europeas que utilizan la ruta nose-to-brain, aunque ninguno ellos comercializados en España. 35 8. BIBLIOGRAFÍA - Agencia Europea del Medicamento. Medicines [en línea]. [Consultado en Mayo 2021]. 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