La reciente pandemia de COVID-19 ha sido un recordatorio de cuán efectivas son las vacunas para proteger la salud pública y ahorrar recursos del sistema de atención médica.
El mundo se puso de rodillas al comienzo de la pandemia con innumerables muertes desgarradoras, pero esta tragedia catalizó el desarrollo acelerado de diferentes vacunas a través de la colaboración entre gobiernos, compañías farmacéuticas y científicos.
La velocidad a la que se desarrollaron, probaron y aprobaron estas vacunas ha sido notable. En el pasado, podía llevar años, incluso décadas, desarrollar una nueva vacuna, pero gracias a los avances en la administración de fármacos y la nanomedicina, esto se logró a una velocidad sin precedentes.
La lucha contra las enfermedades comienza con la comprensión de nuestros cuerpos.
Las vacunas son una herramienta crucial en la lucha contra las enfermedades infecciosas, ya que juegan un papel central en la reducción del riesgo de hospitalización. Para comprender mejor cómo funcionan las vacunas, es esencial entender cómo el cuerpo combate una nueva enfermedad. Nuestro cuerpo es un gran aprendiz, y este es el concepto clave detrás de las vacunas.
Generalmente, cuando el cuerpo está infectado con un virus desconocido, el sistema inmunológico utiliza su poder para combatir la infección. Varias células inmunitarias, incluidos los linfocitos B y los linfocitos T, son activadas por los antígenos del patógeno para diferenciarse en células productoras de anticuerpos y de memoria. Las células de memoria (linfocitos T) conservan una memoria de los antígenos del patógeno para reaccionar inmediatamente contra futuras infecciones.
Desafortunadamente, a veces el cuerpo no logra combatir al invasor y requiere ayuda externa.
Cómo funcionan las vacunas y los tipos de vacunas
La vacunación imita el proceso de infección natural al proporcionar al cuerpo una versión debilitada o inactiva del virus. Este proceso no causa enfermedad pero ayuda al sistema inmunitario a desarrollar inmunidad contra futuras infecciones y almacenar linfocitos T, células de memoria y linfocitos B, células productoras de anticuerpos, que saben cómo combatir el virus.
Se han utilizado muchos enfoques para diseñar vacunas basadas en información sobre el patógeno utilizando patógenos vivos atenuados e inactivados, una subunidad del patógeno o un vector viral. Las vacunas atenuadas liberan una versión debilitada del virus, mientras que las vacunas inactivadas funcionan inactivando el virus durante el proceso de producción de la vacuna. Las vacunas de subunidades utilizan componentes antigénicos específicos (como la proteína espiga), conocidos como subunidades, del patógeno en lugar del virus real.
Las vacunas de vectores virales utilizan una versión genéticamente modificada de un virus no patógeno para entregar material genético sobre el patógeno objetivo a las células.
Las vacunas basadas en ácidos nucleicos han surgido recientemente como una alternativa prometedora a las vacunas convencionales. vacunas de ARNm entregar ARNm diseñado a las células huésped para enseñarles cómo sintetizar la proteína viral y provocar una respuesta inmune.
Sin embargo, la entrega del ARNm en el citoplasma de las células es un desafío debido a su gran tamaño y carga negativa que dificultan su absorción. Por lo tanto, las nanoformulaciones basadas en lípidos han surgido como vehículos de administración seguros y efectivos para los ingredientes farmacéuticos activos (API).
Actualmente, más de diez medicamentos basados en liposomas están aprobados para uso clínico, incluido Doxil®, el primer producto liposomal aprobado por la FDA.
Nanoformulaciones basadas en lípidos como vehículos API
Los liposomas y las nanopartículas lipídicas (LNP) se componen de uno o más tipos de fosfolípidos, que son moléculas que tienen una cabeza hidrófila (que atrae el agua) y una cola hidrófoba (que repele el agua). Esta estructura anfifílica permite que los liposomas y los LNP se autoensamblen en una estructura bicapa esférica con compartimentos hidrofílicos e hidrofóbicos discretos.
Los liposomas son en su mayoría sistemas lipídicos unilamelares con un núcleo acuoso, mientras que los LNP son sistemas lipídicos multilamelares con una capa polimérica. Se utilizan ampliamente como un medio para entregar API hidrofílicos e hidrofóbicos. Los API hidrofílicos están encerrados dentro de una fase acuosa interna, mientras que los hidrofóbicos están disueltos o incorporados dentro de un compartimento lipídico.
Se sintetizaron diferentes vesículas basadas en lípidos variando sistemáticamente las estructuras de la cabeza y la cola de los lípidos con la adición de lípidos ionizables que promueven el autoensamblaje en vesículas de tamaño nanométrico, colesterol que estabiliza su estructura y mejora su integración con los sistemas biológicos y polietilenglicol (PEG) ligado a lípidos que actúa como un surfactante para evitar la agregación de partículas y protege las partículas de la endocitosis no específica de las células inmunitarias, lo que aumenta los LNP. in vivo vida media[*].
Aprovechamiento de la microfluídica para la síntesis eficiente de nanopartículas lipídicas
La síntesis de LNP se puede lograr a través de varios métodos a granel, que incluyen, entre otros, extrusión de varios pasos, sonicación e inyección de etanol. Estos procesos a menudo carecen de un control preciso del tamaño de las nanopartículas y su polidispersidad. Producen vesículas con baja eficiencia de encapsulación y son propensos a la variabilidad de lotes, lo que requiere pasos adicionales de aislamiento y fraccionamiento que requieren mucha mano de obra durante la fabricación.
El tamaño y la polidispersidad de LNP pueden tener una influencia crucial en la eficacia de la terapia con LNP in vivo. Por estas razones, la tecnología de microfluidos se ha adoptado ampliamente para producir LNP. Los sistemas de producción de microfluidos LNP ofrecen varias ventajas: incluido el control preciso sobre el tamaño de las partículas y el tiempo de mezcla, menor dispersión del tamaño, facilidad para aumentar la producción y la capacidad de generar un proceso de fabricación continuo y escalable.
Se ha desarrollado una variedad de diferentes dispositivos de microfluidos para producir LNP pequeños y estables, y muchos de estos están actualmente disponibles en el mercado.
Para sintetizar LNP, los dispositivos de microfluidos se basan en el concepto de dilución con etanol, donde la solución de lípidos se disuelve en etanol y se mezcla con una fase acuosa que contiene el API. Una vez que ambas soluciones se cargan en un dispositivo de microfluidos, los lípidos se autoensamblarán en nanovesículas según la tasa de dilución de etanol y la relación de velocidad de flujo de las dos soluciones.
La tasa de dilución con etanol afecta directamente el tamaño de los LNP; una tasa más rápida da como resultado LNP más pequeños. Se han desarrollado varios dispositivos de microfluidos para la producción de LNP, incluidos mezcladores de unión en forma de T o Y, enfoque de flujo hidrodinámico (HFF), micromezcladores en espiga, mezcladores de bifurcación y deflectores, y mezcladores Tesla. Los micromezcladores en espiga promueven una tasa de dilución de etanol más rápida; sin embargo, el rendimiento de la mezcla se ve comprometido con caudales más altos, lo que limita el rendimiento de la producción.
Para permitir la producción a gran escala de nanopartículas basadas en lípidos, se emplean técnicas como la paralelización o altas concentraciones de lípidos. Por ejemplo, Precision NanoSystems (Vancouver, BC, Canadá) lanzó recientemente el sistema NanoAssemblr, que utiliza un mezclador de bifurcación de microfluidos NxGen para la producción de LNP de alto rendimiento.
Observaciones finales
Las nanoformulaciones basadas en lípidos son la tecnología detrás de la velocidad sin precedentes de producción de vacunas. Estas vesículas se utilizan como transportadores de fármacos para encapsular fármacos y otras moléculas, como los ácidos nucleicos. Las vacunas basadas en ARNm dependen de la entrega efectiva de ARNm al citoplasma de la célula huésped.
Microfluidics ofrece una excelente plataforma para la producción de alto rendimiento de LNP homogéneos encapsulados en ARN, incluidos ARNm y ARNsi, con una baja variabilidad de lote a lote.
El emocionante desarrollo de una gama de nuevas terapias génicas que requieren nuevos sistemas de administración de fármacos significa que los microfluidos y los LNP seguirán dando forma al sistema de atención médica en el futuro previsible.
[*] El tiempo que tarda la concentración del fármaco en disminuir a la mitad en el organismo.
Imagen: StarFish Medical
Khaled Youssef es Ingeniero en Microfluidos Bio Services en Star Fish Medical.
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- Fuente: https://starfishmedical.com/blog/the-role-of-lipid-nanoparticles-in-vaccine-production/
