Polymer Drug Conjugates for the Treatment of Neurodegenerative Disorders

Resumen

Nanociencia y nanotecnología son la base de técnicas innovadoras para el transporte de fármacos con beneficios potenciales para el paciente y nuevos mercados para la industria. La obtención de nuevos sistemas de transporte de fármacos más efectivos es uno de los principales retos actuales, junto con la mejora del diagnóstico tanto in vitro como in vivo y el desarrollo de tecnologías para la ingeniería tisular y la medicina regenerativa. Además de ser necesario disponer de moléculas con actividad farmacológica para conseguir terapias efectivas se necesitan su transporte y liberación controlada para llegar a conseguir tratamientos con mayor índice terapéutico. El uso de estrategias de direccionabilidad (‘targeting’), tanto activa (unión del portador a residuos dirigentes) como pasiva (acumulación en zonas enfermas por efecto EPR, Enhanced and Permeability Retention effect) permite la acumulación del fármaco en el tejido enfermo, aumentando la actividad y reduciendo la toxicidad sistémica inherente de los fármacos. En la actualidad existen terapias muy interesantes por su actividad terapéutica o mecanismo de acción molecular pero, debido a su toxicidad, baja solubilidad del compuesto, estabilidad, capacidad de transporte intracelular o difícil farmacocinética son abandonadas antes de llegar a clínica por no disponer de un sistema de transporte celular adecuado que los solubilice, proteja o dirija a su diana molecular, ej: péptidos, proteínas o terapias basadas en ácidos nucléicos (DNA, siRNA, oligonucleótidos…). El desarrollo multidisciplinar de la química de polímeros, la biología, la física y la medicina ha dado lugar a los primeros nanofármacos poliméricos entre los que se encuentran los ‘Polímeros Terapéuticos’ (PT): nanoconstrucciones híbridas que emplean polímeros hidrosolubles, tanto de forma bioactiva como parte funcional inerte de un complejo multicomponente, donde el agente bioactivo se une de forma covalente al portador polimérico mediante un enlace que responde frente a condiciones fisiológicas específicas. Desde un punto de vista industrial, los PT son considerados como nuevas entidades químicas y no como simples sistemas convencionales de transporte de fármacos (‘depots’) . Los sistemas de transporte tradicionales simplemente atrapan, solubilizan o liberan de forma controlada el agente bioactivo sin utilizar una conjugación química. Conceptualmente, los Polímeros Terapéuticos comparten muchas características con otros fármacos macromoleculares (como proteínas, anticuerpos u oligonucleótidos) y profármacos macromoleculares, incluyendo los inmunoconjugados. Sin embargo, poseen ventajas adicionales como la versatilidad de la química sintética, que permite confeccionar el peso molecular y adicionar características biomiméticas, o la posibilidad de incluir elementos que responden a cambios fisiológicos. El término “Polímeros Terapéuticos” engloba cinco grupos de nanoconstrucciones: fármacos poliméricos (polímeros con actividad inherente), conjugados polímero-fármaco, conjugados polímero-proteína, poliplejos con aplicación como vectores no virales en transporte génico y micelas poliméricas con el fármaco conjugado de forma covalente a un polímero anfifílico . Tras la salida al mercado de los primeros conjugados polímero-proteína y el creciente número de conjugados polímero-fármaco en fase clínica, los conjugados poliméricos anticancerígenos se establecen como terapia efectiva para el tratamiento del cáncer. Actualmente, esta plataforma tecnológica se centra en obtener conjugados de segunda generación que suplan las dificultades encontradas hasta el momento y propongan mejoras considerables respecto a sus características y propiedades. Se han aceptado cuatro nuevas estrategias para que esta novedosa plataforma tecnológica dé lugar a terapias más específicas y efectivas: (i) la búsqueda de nuevos soportes poliméricos (polímeros biodegradables con elevado Mw, arquitecturas poliméricas definidas y controladas), (ii) la caracterización físico-química exhaustiva de estos sistemas para una mejor comprensión de su comportamiento biológico, (iii) su aplicación a nuevas dianas terapéuticas en áreas distintas al cáncer y (iv) el uso de terapia de combinación para obtener compuestos de mayor índice terapéutico. Siguiendo estas directrices, en la presente tesis doctoral se han desarrollado varias de las nombradas aproximaciones: la síntesis de novedosos portadores poliméricos basados en el ácido poli-L-glutámico, caracterizado por su biodegradabilidad, multifuncionalidad y versatilidad; su utilización como base para obtener conjugados polímero-fármaco focalizados en el tratamiento de desordenes neurodegenerativos, diana novedosa y actualmente en crecimiento exponencial dentro del campo de PT y el uso de terapia de combinación como herramienta para una posible sinergia en el tratamiento. La propuesta de la diana terapéutica elegida responde al reto actual del aumento de la expectativa de vida en nuestra sociedad, el cual ha traído consigo un incremento de las enfermedades crónicas neurodegenerativas en la población de edad avanzada. Estas enfermedades pueden subdividirse dependiendo del sistema nervioso al que afecten, el periférico (SNP) o el central (SNC). En este último la dificultad se acentúa debido a que su tratamiento requiere atravesar una barrera biológica protectora con elevada restricción al paso de fármacos al cerebro: la barrera hematoencefálica (BHE). La estrategia propuesta en esta tesis doctoral ha sido la utilización de PT como plataforma tecnológica para el desarrollo de conjugados poliméricos multivalentes con aplicaciones para el tratamiento de la neurodegeneración, tanto a nivel periférico como central, siendo capaces de atravesar la BHE y liberar el(los) fármaco(s) conjugado(s) en el cerebro. Estos sistemas vencerían las limitaciones mostradas por agentes terapéuticos de bajo peso molecular tales como la internalización celular y aumentarían la especificidad del tratamiento. De entre las diversas metodologías existentes para cruzar la BHE, en el presente trabajo se seleccionó el transporte activo. Esta estrategia propone el uso de vehículos transportadores (sistemas de transporte de fármacos, DDS) para los nutrientes naturales, desarrollando complejos moleculares como “caballos de Troya”. Para ello, se utilizan residuos dirigentes que sean capaces de ser reconocidos por un transportador activo localizado en el área apical de la barrera hematoencefálica, como por ejemplo el receptor de transferrina (TfR). En un primer lugar y como ejemplo de enfermedad neurodegenerativa, el trabajo se ha centrado en la obtención y estudio de conjugados polímero-fármaco para el tratamiento de polineuropatías familiares amiloideas (PAF) que principalmente afectan a SNP, pero que parcialmente dañan al SNC, por tanto, también se han desarrollado sistemas poliméricos dirigidos para atravesar la BHE. Una vez este reto superado, el tratamiento diseñado para FAP podría explorarse en otro tipo de enfermedades amiloideas como la conocida enfermedad de Alzheimer. Las polineuropatías amiloidóticas familiares (PAF) son enfermedades neurodegenerativas caracterizadas por una deposición sistémica extracelular de fibrillas amiloides de la proteína transtirretina (TTR). La PAF se presenta clínicamente con neuropatía periférica, sensitivo-motora y autonómica, produciendo una afectación cardíaca, ocular o renal, provocando la muerte 10-15 años tras iniciarse los primeros síntomas. Aunque con resultados variables, el trasplante hepático es la única alternativa terapéutica actualmente disponible para prevenir la progresión de la enfermedad. Por este motivo, en el presente proyecto se han desarrollado, por primera vez en el campo de la nanomedicina, nanoconjugados con potencial terapéutico como tratamiento de este tipo de enfermedades. Como agentes bioactivos para la conjugación con el portador polimérico se han utilizado la doxiciclina y una secuencia peptídica específica de receptores RAGE (péptido RAGE) ; actividad descubierta por la colaboradora del presente proyecto M.J. Saraiva y su grupo (IBMC, Portugal).