Las terapias basadas en proteínas, como las enzimas, los anticuerpos, las citocinas, las hormonas y los factores de crecimiento, han demostrado ser muy eficaces en el tratamiento devarias enfermedades. Si mejoramos nuestra comprensión de cómo proporcionar estos agentes terapéuticos, podríamos avanzar significativamente en la biotecnología para la aplicación de estas sustancias como medicamentos/tratamientos médicos1. La eficacia de las terapias proteicas está limitada por su biodistribución, su coste y sus efectos fuera del objetivo. Se han intentado varios enfoques para mejorar la farmacocinética y la farmacodinámica de la terapéutica de proteínas, incluyendo la pegilación, la glicosilación, la lipidación y la fusión de otras proteínas2. La "focalización" es otra preocupación porque la mayoría de las terapias proteicas actuales tienen múltiples sitios de acción, lo que resulta en efectos fuera del objetivo. Específicamente, la dirección de estos fármacos a los sitios deseados podría reducir la dosis terapéutica requerida y reducir los efectos secundarios2. Si se pudiera restringir la administración del fármaco al lugar de acción previsto, podría ser posible mejorar radicalmente el tratamiento y, al mismo tiempo, limitar los efectos secundarios indeseables de estos fármacos.
En la actualidad se están utilizando múltiples dispositivos médicos que contienen sustancias terapéuticas, como los stents liberadores de fármacos con un recubrimiento antiproliferativo que contiene clopidogrel, vincristina y vinblastina para ayudar a prevenir la reestenosis y la necesidad de repetir la revascularización después del cateterismo cardíaco3. Además, se han creado stents ureterales biodegradables liberadores de fármacos que contienen paclitaxel, doxorrubicina, gemcitabina y otros agentes antiproliferativos para ayudar a tratar el carcinoma urotelial del tracto superior4. A medida que estos stents se degradan, los fármacos antitumorales se liberan localmente de forma controlada, prolongando la administración del fármaco sin necesidad de dosis adicionales4. Esta metodología permite el efecto a largo plazo de los fármacos antitumorales en el lugar de acción previsto, al tiempo que previene la necesidad de exposición sistémica, limita la acción del fármaco sobre las células no tumorales y reduce la toxicidad del fármaco. Además, la naturaleza biodegradable del stent también puede evitar la necesidad de un procedimiento de extracción del stent4.
El síndrome del intestino corto (SBS) es otra afección en la que el uso de terapias basadas en proteínas ha mostrado una mejoría significativa en los pacientes5. El SIC puede ocurrir a través de varios mecanismos, pero resulta en una longitud intestinal inadecuada, causando malabsorción y desnutrición. Las terapias, como los análogos del péptido similar al glucagón 2 (GLP-2), se pueden utilizar antes de pasar al tratamiento quirúrgico de esta afección5. El GLP-2 humano, una hormona peptídica nutriente sistémica, es producida en el intestino delgado distal y el colon por células endocrinas de tipo L. El GLP-2 induce la proliferación de las células de la cripta intestinal, promueve la reparación de la mucosa dañada, inhibe la apoptosis de las células epiteliales intestinales y mejora el suministro de sangre intestinal5. Los análogos de GLP-2, como la teduglutida, han sido aprobados para pacientes de 1 año o más para el tratamiento del SBS para ayudar a aumentar la adaptación intestinal natural6. Naturalmente, la adaptación intestinal puede llevar años y resulta en un retraso en el vaciamiento gástrico para aumentar el tiempo de absorción y un aumento del diámetro por dilatación intestinal para aumentar el área de superficie para la absorción7. Los análogos de GLP-2 tienen la misma actividad farmacológica que el GLP-2 natural, pero tienen una estructura más estable, lo que permite una vida media más larga y una mayor afinidad con los objetivos5. Actualmente, el costo anual de la teduglutida es de $295,000 y la dosis al paciente es de 0.05 mg/kg por día5. Los efectos secundarios de la teduglutida incluyen náuseas, vómitos, diarrea, dolor abdominal, pérdida de peso, pólipos gastrointestinales y aumento del crecimiento de tumores existentes.
Previamente, nuestro laboratorio ha demostrado que el despliegue de una manga de expansión intestinal (IES) (Figura 1) fue capaz de producir una elongación inmediata del 36,2% del intestino delgado ex vivo y una elongación del 30,2% del intestino delgado después de un despliegue in vivo de un mes 6,8. Este dispositivo podría convertirse en una terapia para los pacientes con SBS que podría acortar la dependencia nutricional parenteral. La capacidad de bioconjugar terapias con el dispositivo IES podría mejorar aún más la capacidad de enterogénesis por distracción al agregar el agonista del crecimiento de la mucosa intestinal GLP-2 al dispositivo. Las membranas de alcohol polivinílico (PVA) son polímeros hidrófilos que se pueden preparar disolviendo PVA en agua, fundiéndolo sobre un soporte estructural y luego reticulándolo con glutaraldehído utilizando ácido sulfúrico como catalizador9. Se ha demostrado que estas nanopartículas de hidrogel tienen potencial como sistemas de administración de fármacos a través de la difusión de fármacos, el hinchamiento de la matriz de hidrogel y la reactividad química del fármaco/matriz10. El PVA ha sido aprobado por la FDA para su uso clínico en humanos debido a su excelente biocompatibilidady seguridad. La polimerización de PVA da lugar a grupos terminales que permiten la bioconjugación12.
Los dispositivos IES/VES tienen una longitud de 3 cm con una superficie externa de 9.425cm2 y son capaces de fundirse con membranas de PVA. Estas membranas de PVA se pueden bioconjugar con GLP-2 para permitir la administración localizada y concentrada de agentes terapéuticos. Reducir la dosis requerida del fármaco y evitar la necesidad de administración sistémica, evitando los efectos negativos del tratamiento fuera del sitio. Esto puede ayudar a mitigar el costo de estos medicamentos costosos al requerir menos dosis, y la liberación tardía del medicamento puede disminuir la frecuencia de la dosificación, lo que reduce aún más los costos. El recubrimiento del dispositivo IES con GLP-2 podría reducir las dosis requeridas, ahorrar dinero a los pacientes, evitar la administración sistémica, prevenir los efectos negativos del tratamiento y mantener una administración continua del medicamento al sitio objetivo. Este informe evalúa hasta qué punto una proteína terapéutica, como el GLP-2, puede unirse covalentemente a dispositivos médicos como los dispositivos IES/VES en cantidades fisiológicamente significativas para proporcionar el beneficio local de estos fármacos y evitar los efectos fuera del objetivo.