Métodos de exploración de nanopartículas empleando insectos con barrera hematoencefálica.

Un método para determinar si una nanopartícula se transporta a través de la barrera hematoencefálica (BHE),

comprendiendo dicho método las etapas de:

• administrar la nanopartícula a insectos que tienen una BHE,

• incubar los insectos,

• diseccionar los cerebros de los insectos, y

* medir la concentración de la nanopartícula en los cerebros.

Métodos de exploración de nanopartículas empleando insectos con barrera hematoencefálica Campo de la invención La presente invención se refiere a modelos de insectos enfocados a reflejar la penetración de nanopartículas a través de la barrera hematoencefálica (BHE) de vertebrados. La investigación de la penetración de nanopartículas a través de la barrera hematoencefálica (BHE) es extremadamente importante dado que cada vez hay un mayor uso de las nanopartículas y el perfil de muchas de estas es aún desconocido. Además, las nanopartículas son importantes en el descubrimiento de fármacos al haberse comprobado que son útiles como posibles vehículos de fármacos que ejercen su efecto en el SNC. Por un lado los fármacos que ejercen su efecto de un modo satisfactorio en el SNC tienen que atravesar la BHE. Por otro lado la penetración de las nanopartículas a través de la BHE también puede producir efectos secundarios no deseados. Específicamente, la presente invención se refiere al uso de insectos para explorar la penetración de nanopartículas a través de la BHE.

Antecedentes de la invención Aunque hay datos anecdóticos que indican una relación causal entre la exposición prolongada de partículas ultrafinas en el ambiente (por ejemplo, relacionadas con el tráfico) o en el entorno laboral (por ejemplo, emisión de gases metálicos) y los efectos neurotóxicos resultantes en seres humanos, se requieren más estudios para analizar la hipótesis de que las nanopartículas (NP) inhaladas o las NP absorbidas a través de los alimentos producen efectos neurodegenerativos. Algunas NP pueden tener una posible toxicidad (peligro) significativa, y esto planteará un riesgo significativo si hay bastante exposición. La cuestión es identificar dichas NP peligrosas y tomar las medidas apropiadas para prevenir la exposición.

Además, en cuanto a la lucha contra trastornos cerebrales del SNC, las NP han mostrado ser prometedoras como vehículos de fármacos que, de otro modo, no hubieran podido atravesar la barrera hematoencefálica. El cerebro es exclusivamente particular en comparación con otros órganos del cuerpo. A pesar de los enormes avances realizados en investigación sobre el cerebro, los trastornos cerebrales del SNC continúan siendo responsables de una gran cantidad de hospitalizaciones que requieren cuidado prolongado. Se calcula que aproximadamente 1, 5 billones de personas en todo el mundo padecen diversos trastornos del SNC, tales como enfermedad de Alzheimer, enfermedad de Parkinson, esclerosis amiotrófica lateral, esclerosis múltiple, demencia debida al VIH e ictus, entre otras. En los últimos años, la explosión de interés en los aspectos biológicos de los trastornos del SNC así como el cerebro ha conducido a una mejora en el entendimiento y el tratamiento de estos trastornos; sin embargo, para muchos pacientes, aún continua habiendo trastornos crónicos y debilitantes. Dado que la transición demográfica muestra un aumento en el porcentaje de personas de edad avanzada en la población, las enfermedades cerebrales se están convirtiendo en un problema de salud principal. Para el 2020, se espera que el número de casos de enfermedades del SNC sea de aproximadamente 1, 9 billones. A pesar de estas cuestiones, la identificación de fármacos que ejercen su acción en el cerebro desempeña un papel vital y proporciona una gran esperanza para el tratamiento de estos trastornos.

La barrera hematoencefálica (BHE) ha presentado siempre un reto a los científicos para la identificación de fármacos que ejercen su acción en el cerebro. La BHE ha evolucionado de tal manera que protege al cerebro de diversas sustancias extrañas tales como neurotoxinas. Este mecanismo hace que la BHE sea una barrera infranqueable para numerosos fármacos muy esenciales, incluyendo antibióticos, citostáticos y otros fármacos activos en el SNC.

Se han desarrollado muchas estrategias que superan las dificultades ocasionadas por la BHE. Estas incluyen estrategias tanto invasivas como no invasivas. Las estrategias invasivas incluyen la alteración temporal de la BHE que permite la entrada de fármacos al cerebro y dirigen la administración del fármaco al cerebro mediante inyecciones intraventriculares o intracerebrales e implantes poliméricos intracerebrales. Las estrategias no invasivas utilizan vehículos farmacológicos coloidales.

Entre las estrategias no invasivas, las nanopartículas poliméricas, especialmente las nanopartículas de poli (butilcianoacrilato) (PBCA) revestidas con polisorbato 80, han recibido recientemente mucha atención por los neurocientíficos como un vehículo atractivo e innovador para dirigirse al cerebro. Estas nanopartículas pueden definirse como un sistema transportador farmacológico submicrométrico, que generalmente es de naturaleza polimérica. Dado que las nanopartículas son de pequeño tamaño, estas penetran fácilmente en pequeños capilares y pueden absorberse al interior de las células permitiendo una acumulación eficaz del fármaco en sitios diana en el organismo. Las primeras nanopartículas descritas se basaron en sistemas poliméricos no biodegradables. Sin embargo, su uso para administración sistémica, no podía tenerse en cuenta debido a la posibilidad de toxicidad crónica debido a la respuesta tisular e inmunológica contra el polímero no degradable. Por otro lado, se estudiaron exclusivamente nanopartículas preparadas con polímeros biodegradables, tales como poli (cianoacrilato) . El uso de materiales biodegradables para la preparación de nanopartículas permite la liberación sostenida del fármaco en el sitio diana durante un periodo de días o incluso meses después de inyección.

Determinados insectos pueden ser adecuados como organismos modelo para estudiar la penetración de las NP a través de la BHE. Los insectos son organismos multicelulares con un sistema nervioso complejo compartimentalizado para funciones especializadas, como visión, olfato, aprendizaje y memoria. El sistema nervioso de los insectos responde fisiológicamente de modo similar al de los vertebrados con muchas neurohormonas y receptores idénticos. Los insectos tienen un sistema nervioso avascular en el que la hemolinfa baña al resto de las superficies de ganglios y nervios. Por lo tanto, muchos insectos requieren un sistema BHE sofisticado para proteger su SNC de neurotoxinas derivadas de plantas y para mantener un microentorno iónico apropiado de las neuronas. De hecho, así mismo en los insectos un sistema BHE sofisticado ha sido una ventaja evolutiva. En los insectos esta BHE está basado principalmente en el sistema de células gliales que por supuesto se traslada al sistema endotelial como una respuesta a la mayor importancia de la microvasculatura en el cerebro de vertebrados. Como apoyo a este punto de vista está la presencia del sistema glial en peces elasmobranquios y los vestigios de su barrera glial en el SNC de mamíferos modernos. Por tanto los insectos poseen una BHE que es un componente importante en el envainamiento del sistema nervioso. Las BHE en insectos son muy sofisticadas pero varían en cuanto a su estructura entre los diferentes órdenes de insectos. Por tanto los insectos con barreras hematoencefálicas altamente sofisticadas con componentes integradores complejos, que simulan las barreras de vertebrados, serán excelentes modelos para la documentación de la penetración de diversas moléculas a través de esta estructura.

El documento US20050132425A1 desvela una mosca transgénica que expresa la versión mutante Italiana del péptido Abeta42 humano de la proteína precursora beta amiloidea (APP) humana, y una mosca doble transgénica que expresa tanto la proteína Tau como el péptido Abeta42Italiano humano de la proteína precursora beta amiloidea (APP) humana. Las moscas transgénicas proporcionan modelos de trastornos neurodegenerativos, tales como enfermedad de Alzheimer. El documento US20050132425A1 describe adicionalmente métodos para identificar modificadores genéticos, así como métodos de exploración para identificar compuestos terapéuticos para tratar trastornos neurodegenerativos usando las moscas transgénicas.

El documento WO04006854A2 desvela un método para explorar el efecto de un agente de ensayo sobre una población de insectos que comprende las etapas de proporcionar una población de especímenes, administrar al menos un agente de ensayo a la población, crear una película digitalizada mostrando los movimientos de los insectos, medir al menos un rasgo de los insectos de la población con el efecto del agente de ensayo. El documento también proporciona un método para preparar un medicamento útil para el tratamiento de una enfermedad de mamíferos.

Marsh y Thompson (Neuron -2006 -52: 169-178) explican que los insectos son muy útiles... [Seguir leyendo]

1. Un método para determinar si una nanopartícula se transporta a través de la barrera hematoencefálica (BHE) ,

comprendiendo dicho método las etapas de: 5

• administrar la nanopartícula a insectos que tienen una BHE,

• incubar los insectos,

• diseccionar los cerebros de los insectos, y

• medir la concentración de la nanopartícula en los cerebros. 10

2. El método de la reivindicación 1, en el que los insectos se seleccionan del grupo que consiste en los órdenes Blattoidea, Diptera, Acridoidea, Cheleutoptera, Brachycera y Lepidoptera.

3. El método de la reivindicación 1, en el que los insectos se incuban durante un periodo comprendido entre 1 minuto

y 1 mes, antes de diseccionar los cerebros de los insectos con el fin de cuantificar la concentración de la nanopartícula administrada en los cerebros.

4. El método de la reivindicación 1, en el que la disección de los cerebros se realiza inmediatamente después de sacrificar a los insectos. 20

5. El método de la reivindicación 1, en el que la medición de la concentración de la nanopartícula se realiza homogeneizando los cerebros diseccionados, preferentemente centrifugando el homogeneizado y analizando por cromatografía líquida la concentración de la nanopartícula en el homogeneizado, posiblemente con detección por espectrometría de masas de los componentes eluídos.

6. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una nanopartícula se administra por vía parenteral o por vía oral.

7. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende la determinación de

gradientes de concentración de las nanopartículas entre el cuerpo y el cerebro para determinar cuantitativamente la penetración de la BHE.

8. El uso de insectos seleccionados del grupo que consiste en los órdenes Blattodea, Diptera, Acridoidea,

Cheleutoptera, Brachycera y Lepidoptera para determinar si una nanopartícula se transporta a través de la barrera 35 hematoencefálica.