Título de la presentación

Nanotecnologia y su aplicación a la clínica

Jesús Ruiz-Cabello

Madrid 18 de Octubre 2017

Nanotecnología

• Nanopartículas; materiales con al menos una dimensión ≤100 nm, con propiedades nuevas o mejoradas debido a su tamaño

• Límite superior de tamaño no justificado científicamente

• Gran-extremo relación superficie-volumen

• Gran carga de ligando en la estructura.

• Tamaño controlable.

• Multifunctionalidad.

• Circunstancias especiales en el sector farmacéutico.

• Cualquier formulación tiene que cumplir la definición como producto medicinal de acuerdo con la legislación europea.

Materiales en nanomedicina

Nano-medicina

Dendrímeros (PAMAM), Conjugados poliméricos (con dianas y sensores imagen), Conjugados Proteína/Ab, and NPs ultra-pequeñas (5-25 nm)

Liposomas pequeños (uni- lamelares) y micelas de copolímero (PDLLA) de bloque (60-200 nm)

Nanopartículas (NPs) inorgánicas (metálicas) con recubrimientos de estabilización poliméricos, Polímeros y copolímeros sintéticos (PLGA) y naturales, Vesículas (20-200 nm)

Liposomas grandes uni y multi-lamelares, Nano-cristales de fármacos y nanogeles (PLGA, quitosano) entrecruzados (<1000 nm)

Propósito de la nanotecnología

• Respuesta a necesidades médicas no conseguidas • Permiten la integración de fármacos muy tóxicos

• Múltiples mecanismos de acción

• Maximiza la eficacia farmacológica y reduce la dosis y toxicidad • Biodistribución preferencial: llegada y disposición sitio-específica

• Liberación controlada y PK dependiente del tamaño, forma y superficie

• Transporte optimizado a través de las barreas biológicas

• Posibilidades de imagen • Múltiples sensores y opciones (TC, MRI, PET, fluorescencia, US,

optoacústica)

• Multimodalidad: imagen múltiple e imagen híbrida (p.ej. MRI-PET)

Problemas Riesgos potenciales

seguridad Beneficios

Riesgos-beneficios de la nanotecnología

Ejemplos de formulaciones liposomales aprobadas por la EMA

• Caelyx • Doxorubicin in sterically PEG modified long circulating liposomes

• Formulation allows preferential release at Kaposi’s sarcoma lesions reducing general toxicity

• Mepact • Mifarmutide in multilamellar liposomes

• Formulation facilitates targeting macrophages and RES

• Myocet • Doxorubicin in self-assembling lamellar liposomes

• Reduced cardiac toxicity

• Metastatic breast chancer

Ejemplos de formulaciones nanoparticuladas aprobadas o en EE.CC.

• Abraxane (breast cancer) • Paclitaxel albumin bound spherical nanoparticles • Formulation solves solubility problems

• Rapamune (kidney rejection) • Sirolimus particles in nanocrystal colloidal dispersion • Improve stability and bioavailability

• Feraheme (Anemia, iron supplement, possible CA) • Coated SPION (17-30nm) perfusion solution anemia • T1 contrast agent (clinical trials)

• Nab-Rapamcyin, ABI-009 (clinical trials Pumonary Hypertension) • Albumin-bound mTOR inhibitor. Safety and PK similar to oral rapamycin • Improved penetrationin lung tissue

Nanotecnología e imagen

• MRI: óxidos de hierro

• CT: Nanopartículas de oro

• Imagen óptica: quantum dots, polímeros modificados para fluorescencia para formulaciones de NP poliméricas o modificaciones en la cubierta de la NP

• Híbridas: óptica(fluorescencia)-óxido de hierro(MRI), radioactivas PET-MRI, ópticas-PET (liposomas)

• Multifuncionalidad y propiedades teranósticas

Nanopartículas como contrastes para MRI

Alerta uso por FDA por observación de su acumulación en el cerebro (y otros órganos)

En principio no tóxicas, pero no hay muchas en el mercado

Han surgido recientemente. Alternativa al Gd

De Shen et al. Molec. Pharmaceutics 2017

Métodos de síntesis: tanta variedad explica que hay un problema

De Shen et al. Molec. Pharmaceutics 2017

Micelles

encapsulation

Direct chemical

modifications Other ligands

Already try with

oleic thiol

• 90oC, 3 min • 180oC, 18 min

Proposal of our group

Funcionalización de las nanopartículas. Mucha variedad también

Patent

MRI at different post-injection times of 2 mg/kg iron at 7T Iron

Preparación de NP asistida por MW Ventaja: Reproducibilidad, control de la reacción, rapidez (superficie), coste-efectividad

MRA

1h 30’ p.i.

MRA

2h p.i. MRA

3h p.i.

MRI

basal

PET

15 min. p.i.

PET

1h p.i.

Realce T1 (contraste positivo) MRI: cubiertas de dextrano

T1w-MRI y posible agente teranóstico: IONP modificadas con heparina

Cubiertas con Heparina no fraccionada nativa y con nuevas heparinas que se están en fase III de EE.CC. para probar su efecto anti-angiogénico y anti-metastático (p.ej. Lovenox®)

IONP Z-average (nm)

Zeta potential (mV) en agua

r2:r1 relax. (mM-1·s-1)

HEP/Fe (peso)

UFH-IONP

55.7 -40 73.1:13.3= 5.5 15.7:1

LOV-IONP

43.5 -51 58.8:9.5= 6.1 2.3:1

Ferumoxytol ®

30.8 -42 89:15 = 5.9

Groult et al. Biomacromolecules (2017) in press

• NPs radiomarcadas en el núcleo

– En principio, sin pérdias (red cristalina)

– Producción en un solo paso, incluso de nanoplataformas multifuncionales

– Posible integración de radioisótopos de vidad corta (usando síntesis rápida mediada por MW)

Nueva evolución: nanopartículas híbridas (p.ej. dual PET-MRI)

• Aproximación con agentes quelantes y adsorción • Problemas de escape del metal (transmetalación)

• En principio, multiples pasos de funcionalización requeridos (problemas adicionales de reproducibilidad)

Pérez Medina (2016) Nature Comm.

Imagen híbrida y nanoreporteros liposomales

Doxorubicina nanoliposomal y reportero de imagen co-inyectado para predecir la respuesta terapéutica

J Pellico CMMI 2016

Modificación intrínseca en el núcleo. Superficie dextrano

Rápida, fácil y reproducible síntesis por MW

Química de MW y vectores para mejorar direccionabilidad

J Pellico CMMI 2016

Otro ejemplo: medida de infiltración neutrofílica in vivo

Otros Controles: - Ratones instilados con LPS y NP-

citrato (sin péptido) - Ratones instilados con PBS y NP-

citrato-péptido control inespecíficol

LPS+ Macrophages depletion

LPS+ Neutrophils depletion

LPS

Pellico (2017) Sci Rep

Análisis citotoxicidad: Ensayo “colony forming unit”

Células hematopoyéticas extraídas de cordón umbilical mucho más sensibles a los efectos toxicológicos

Pellico (2017) Sci Rep

Agradecimientos

• Fernando Herranz, PhD

• Juan Pellico, PhD

• Carlos Pérez-Medina (MSH)

• Ana V. Lechuga

Age

nci

as f

inan

ciad

ora

s