Ingenieros del MIT han ideado una forma de envasar anticuerpos en partículas diminutas y altamente concentradas que pueden inyectarse con una jeringa estándar. Este avance podría convertir las infusiones hospitalarias, que requieren horas de tratamiento, en inyecciones rápidas, facilitando el acceso a tratamientos vitales.
Para muchas personas con cáncer, trastornos autoinmunes o infecciones graves, el tratamiento implica horas en una silla de hospital, conectadas a un goteo intravenoso de anticuerpos. Una nueva tecnología de ingenieros del MIT apunta a un futuro en el que muchos de esos mismos medicamentos podrían administrarse en minutos con una simple inyección.
El equipo ha desarrollado una forma de convertir las soluciones de anticuerpos, que suelen ser demasiado diluidas y espesas para inyectarlas, en diminutas partículas sólidas suspendidas en líquido. Cada partícula contiene anticuerpos en una concentración lo suficientemente alta como para que una dosis completa quepa en unos 2 mililitros, el volumen de una inyección subcutánea típica.
Si este enfoque se traslada al ámbito clínico, podría hacer que las terapias con anticuerpos potentes sean mucho más convenientes y accesibles, especialmente para las personas que tienen dificultades para llegar a los centros de infusión.
La autora principal Talia Zheng, estudiante de posgrado del MIT, señaló que los cambios demográficos hacen que este tipo de innovación sea urgente.
“A medida que la población mundial envejece, hacer que el proceso de tratamiento sea más conveniente y accesible para esas poblaciones es algo que debe abordarse”, dijo en un comunicado de prensa.
La investigación es publicado en la revista Advanced Materials.
Anticuerpos en una bolsa, no en una jeringa
Los anticuerpos terapéuticos, como el rituximab para ciertos tipos de cáncer, son proteínas grandes y complejas disueltas en soluciones acuosas. Se utilizan para tratar una amplia gama de afecciones, desde tumores y enfermedades infecciosas hasta trastornos autoinmunes como la artritis reumatoide, la enfermedad inflamatoria intestinal y la esclerosis múltiple.
Hoy en día, estos medicamentos suelen formularse en concentraciones bajas, del orden de 10 a 30 miligramos de anticuerpo por mililitro de líquido. Esto significa que una sola dosis puede requerir al menos 100 mililitros de líquido, una cantidad excesiva para inyectarla con una aguja fina en el tejido subcutáneo.
Para reducir ese volumen a algo inyectable, las farmacéuticas tendrían que multiplicar por diez la concentración, hasta unos 300 miligramos por mililitro o más. Pero al intentar simplemente concentrar las formulaciones existentes, el líquido se vuelve extremadamente espeso y se resiste a fluir a través de una jeringa.
"No se pueden concentrar las formulaciones existentes a estas concentraciones", declaró en el comunicado de prensa el autor principal, Patrick Doyle, profesor Robert T. Haslam de Ingeniería Química en el MIT. "Serán muy viscosas y superarán el umbral de fuerza de lo que se puede inyectar en un paciente".
En 2023, el laboratorio de Doyle demostró que encapsulando anticuerpos en partículas de hidrogel Podría aumentar la concentración, pero ese método anterior dependía de la centrifugación (hacer girar las muestras a altas velocidades), un paso que es difícil de ampliar para la fabricación industrial.
De emulsiones a partículas sólidas de anticuerpos
En el nuevo estudio, los investigadores tomaron una ruta diferente que evita la centrifugación y está diseñada teniendo en cuenta la producción a gran escala.
Comenzaron creando una emulsión, una mezcla de dos líquidos indisolubles, similar al aceite y el vinagre. En este caso, diminutas gotas de una solución acuosa de anticuerpos se suspenden en un disolvente orgánico llamado pentanol.
Dentro de cada gota, el equipo añadió una pequeña cantidad de polietilenglicol (PEG), un polímero comúnmente utilizado en medicamentos y productos de consumo. El PEG ayuda a estabilizar los anticuerpos a medida que las gotas se deshidratan.
Al retirar cuidadosamente el agua de las gotas, los investigadores pudieron dejar partículas sólidas compuestas casi en su totalidad de anticuerpos, con una concentración de alrededor de 360 miligramos por mililitro, más alta que la que se necesita para la mayoría de las formulaciones inyectables.
Una vez formadas las partículas sólidas, se eliminó el pentanol circundante y se reemplazó con una solución acuosa similar a los fluidos que se utilizan actualmente para las infusiones intravenosas de anticuerpos: agua con sales disueltas y una pequeña cantidad de polímero estabilizador. El resultado final es una suspensión de partículas ricas en anticuerpos en un líquido que aún puede fluir a través de una aguja.
Fundamentalmente, el proceso de ensamblaje puede realizarse rápidamente mediante dispositivos microfluídicos (sistemas que controlan con precisión pequeñas corrientes de fluido) y no requiere centrifugación. Esto lo hace más compatible con los equipos de emulsificación industrial y las normas de buenas prácticas de fabricación (GMP).
"Nuestro primer enfoque fue un poco de fuerza bruta, y cuando estábamos desarrollando este nuevo enfoque, dijimos que tenía que ser simple para que fuera mejor y escalable", agregó Doyle.
Diseñado para ser inyectable
Para que sean útiles en la clínica, las nuevas formulaciones no sólo deben ser concentradas sino también fáciles de inyectar.
El equipo del MIT demostró que podía ajustar el tamaño de las partículas, de aproximadamente 60 a 200 micras de diámetro, modificando los caudales en su configuración microfluídica. Para las pruebas de inyectabilidad, se centraron en partículas de aproximadamente 100 micras de diámetro.
Utilizando un medidor de fuerza mecánica, midieron la fuerza necesaria para empujar el émbolo de una jeringa llena de la suspensión de partículas. La fuerza requerida fue inferior a 20 newtons, muy por debajo de lo que generalmente se considera aceptable para inyecciones subcutáneas.
"Eso es menos de la mitad de la fuerza máxima aceptable que la gente suele intentar alcanzar, por lo que es muy inyectable", añadió Zheng.
Con una jeringa estándar de 2 mililitros, los investigadores calcularon que se podrían administrar más de 700 miligramos de anticuerpos en una sola inyección. Este rango de dosis es suficiente para muchas terapias con anticuerpos existentes.
El equipo también descubrió que sus formulaciones permanecieron estables durante al menos cuatro meses cuando se almacenaron en el refrigerador, una consideración importante para el uso en el mundo real en clínicas y farmacias.
Que viene despues
Hasta ahora, el trabajo se ha centrado en la formulación física y la inyectabilidad de las partículas de anticuerpos, no en evaluar su eficacia en el organismo. Los próximos pasos de los investigadores incluyen evaluar el rendimiento terapéutico y la seguridad de estas formulaciones en modelos animales.
También están trabajando para ampliar el proceso de fabricación más allá del laboratorio, utilizando sistemas de emulsificación más grandes que podrían producir suficiente material para realizar pruebas exhaustivas y, eventualmente, ensayos en humanos si el enfoque resulta prometedor.
Si tiene éxito, esta tecnología podría ayudar a trasladar muchos tratamientos con anticuerpos de los centros de infusión de los hospitales a clínicas ambulatorias, consultorios médicos o incluso atención domiciliaria, de forma similar a como ya se administran la insulina y algunos medicamentos biológicos.
Ese cambio no sólo ahorraría tiempo a los pacientes y a los cuidadores, sino que también podría reducir costos y aliviar la presión sobre los sistemas de salud, especialmente a medida que la demanda de terapias con anticuerpos sigue creciendo.
Fuente: MIT