Nuevos nanotransportadores biomiméticos y plataformas in vitro para la validación exitosa de la teragnóstica para la aterosclerosis (AORTIC)

La aterosclerosis es una patología inflamatoria y metabólica crónica provocada por la alteración y disfunción de las células que componen la pared interna de las arterias (aquella que está expuesta al flujo sanguíneo) y que llevan a la acumulación de lipoproteínas de baja densidad (el conocido como colesterol malo) y células del sistema inmune como los leucocitos en las paredes de las arterias generando la denominada placa de ateroma o, comúnmente, placa de colesterol.

Las terapias actuales de esta enfermedad, que puede iniciarse sin sintomatología alguna desde la infancia o adolescencia y que se encuentra muy vinculada a predisposiciones genéticas y/o factores de riesgo como la hipertensión, la diabetes o el tabaco, se basan principalmente en tratamientos farmacológicos preventivos en función de los niveles de una serie de factores de riesgo (niveles de colesterol y glucemia en sangre, presión arterial, tabaquismo, obesidad…), que se administran generalmente de forma sistémica y continuada en el tiempo, generando a medio y largo plazo importantes efectos secundarios adversos.

Por ello, un equipo de investigadores de la Universidad de Santiago (USC) liderado por los profesores Pablo Taboada y Silvia Barbosa trabajan en la primera fase del proyecto AORTIC (Nuevos nAnOtRansportadores biomiméTICos y plataformas in vitro para la validación con éxito de su acción teragnóstica en arterosclerosis) para desarrollar un nuevo sistema teragnóstico (detección y diagnóstico) basado en nanocelulas artificiales de dimensiones nanométricas (100-200 nm), que permita realizar una detección e identificación precisa de la placa de colesterol mediante imágenes médicas y aplicar, a continuación, una terapia farmacológica de forma localizada que permita su estabilización y reducción.

Las nanocélulas artificiales funcionarán como un nuevo nanotransportador natural diseñado a partir de las membranas de las células responsables del inicio de la aterosclerosis, que permita la encapsulación de distintos agentes de contraste para realizar las bioimágenes y moléculas terapéuticas para el diagnóstico y tratamiento de esta patología. Estas nanocélulas mantendrán la capacidad de direccionamiento e infiltración de las células originales en las áreas inflamadas y en los depósitos de colesterol de las arterias, pero prescindiendo de toda su maquinaria celular, lo que minimizará el riesgo de reacciones inmunológicas. El diseño de los nanovehículos permitirá que puedan localizar selectivamente la placa de colesterol de tal manera que la carga que transportan pueda realizar sus actividades de detección y terapéuticas de una forma más eficaz y segura, minimizando las dosis administradas.

Figura 1: Ilustración del camino seguido por la nanocélula para realizar su función teragnóstica (Creado con Biorender.com).
Figura 1: Ilustración del camino seguido por la nanocélula para realizar su función teragnóstica (Creado con Biorender.com).

La funcionalidad y actividad biológica de estas nanocélulas artificiales serán validadas posteriormente en una segunda fase del proyecto AORTIC en un dispositivo denominado arteria-en-un-chip, que permitirá reproducir de manera relativamente sencilla las condiciones hemodinámicas y la microestructura de las zonas arteriales ateroscleróticas a escala de laboratorio y profundizar en el conocimiento de los mecanismos biológicos que provocan la aterosclerosis, la principal causa subyacente en las enfermedades cardiovasculares, que en los últimos años se han convertido en la primera causa de mortalidad a nivel mundial como consecuencia de un estilo de vida cada vez más sedentario y al envejecimiento progresivo de la población.

Figura 2: Proceso de fabricación de las nanocélulas artificiales (arriba). Nanocélulas dirigidas hacia distintos componentes de la placa aterosclerótica como células endoteliales activadas, células espumosas y colágeno (abajo) (Creado con Biorender.com)
Figura 2: Proceso de fabricación de las nanocélulas artificiales (arriba). Nanocélulas dirigidas hacia distintos componentes de la placa aterosclerótica como células endoteliales activadas, células espumosas y colágeno (abajo) (Creado con Biorender.com).

El proyecto AORTIC se enmarca en el Programa Estatal de I+D+i Orientada a los Retos de la Sociedad, dirigido a fomentar la generación y el avance significativo del conocimiento científico y la investigación de calidad contrastada. A este respecto, los profesores Taboada y Barbosa consideran que los avances de AORTIC podrían permitir la aplicación de estos nuevos dispositivos a medio plazo en la detección precoz y el tratamiento específico de la aterosclerosis, dando lugar a una evidente mejora en el tratamiento personalizado de los pacientes aquejados de esta enfermedad; además, este proyecto contribuye a la estandarización de nuevos modelos de validación in vitro que sean capaces de reproducir con éxito la fisiología de la aterosclerosis y permitir, por tanto, romper de forma progresiva la dependencia con la experimentación animal, estándar de oro hoy en día para el desarrollo, análisis y validación de nuevas terapias y formulaciones farmacológicas

Investigador/a principal - Acerca del autor/a
Pablo Taboada

Pablo Taboada obtuvo su doctorado en Física en la Universidad de Santiago de Compostela (USC) en 1999. Posteriormente realizó estancias postdoctorales en las Universidades de Bilbao (España), Manchester (Reino Unido) y Colegio Universitario de Dublín (UCD, Irlanda). A finales de 2001 se incorporó de nuevo a la USC con un contrato de investigación en la primera convocatoria del programa Ramón y Cajal. Posteriormente, en enero de 2007 se convirtió en Profesor Titular del área de Física de la Materia Condensada, y desde el año 2021 es Catedrático de Universidad en el Departamento de Física de Partículas. Es autor de más de 220 artículos de investigación en revistas internacionales de reconocido prestigio, ha dirigido o participado en más de cuarenta proyectos y contratos de investigación y ha dirigido 18 Tesis doctorales (9 más en curso). Es revisor habitual de diversas revistas internacionales (Adv. Mater. Adv. Funct. Mater. ACS Nano, Nano Lett., etc), miembro del comité editorial de Frontiers of Bioscience, Frontiers in Bioengeneering and Biotechnology, Liquids, y Current Pharmaceutical Biotechnology, y evaluador de proyectos de las Agencias Nacionales de Investigación de España, Argentina, Suiza, Polonia, Georgia, etc. Actualmente, sus intereses científicos se centran en el desarrollo de materiales nanoestructurados (nanopartículas, películas delgadas, etc) para su aplicación en distintos campos, con especial foco en los ámbitos de la teragnóstica y la medicina regenerativa, en la producción y almacenamiento de energía y en la depuración de agentes contaminantes. Asimismo, tiene también especial interés en el estudio de los procesos de autoensamblaje de sistemas (bio)poliméricos, origen de diversas enfermedades degenerativas, como el Alzheimer y el Parkinson, y el análisis de su inhibición mediante estrategias de reposicionamiento de fármacos.

Silvia Barbosa

Silvia Barbosa es graduada en Física por la Universidad de Santiago de Compostela (USC) en 2001, con doctorado en Ciencia de Materiales en el año 2005. Fue becaria postdoctoral de la Xunta de Galicia en la Universidad de Bilbao (2005-2006), becaria del Ministerio de Educación y Ciencia (MEC) (2006-2008) en la Universidad de Manchester (Reino Unido) y contratada al amparo del programa de recursos humanos Juan de la Cierva en la Universidad de Vigo (2008-2011). En febrero de 2011 retornó a la USC con un contrato Ramón y Cajal. Desde Diciembre de 2016 es Profesora Contratada Doctora en el Área de Física de la Materia Condensada de la Facultad de Física de la USC (acreditada a Profesora Titular desde 2014). Desde 2017 es coordinadora del Grupo de Física de Coloides y Polímeros de la USC. Silvia Barbosa es coautora de 86 publicaciones en revistas de altos índices de impacto incluidas en el JCR y 3 capítulos de libros. Ha participado en 19 proyectos de investigación internacionales/nacionales/regionales (6 como IP) y 4 contratos con empresas privadas. Ha presentado más de 65 trabajos en congresos nacionales/internacionales y supervisado 4 tesis doctorales y varias tesinas de licenciatura, trabajos de fin de grado y máster. Es revisora habitual de revistas de investigación del área y de diferentes agencias nacionales/internacionales y miembro del comité editorial de Revista Iberoamericana de Polímeros. Sus líneas principales de investigación están relacionadas con la fabricación de nanomateriales basados en sistemas orgánicos y/o inorgánicos para diferentes aplicaciones, principalmente, en el ámbito bio(médico) tales como (bio)sensing, teragnóstica, enfermedades degenerativas y medicina regenerativa.