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Parche cutáneo sin dolor sensible para la diabetes
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Parche cutáneo sin dolor sensible para la diabetes

El parche para la piel sin dolor responde a los niveles de azúcar para el tratamiento de la diabetes tipo 2.

Ilustración del concepto de dispositivo de microagujas para el tratamiento de la diabetes tipo 2.
Crédito: Chen lab, NIBIB.

Para millones de personas con diabetes tipo 2, la vigilancia constante sobre la cantidad de azúcar o glucosa en la sangre es la clave para la salud. Un pinchazo en el dedo antes de las comidas y tal vez una inyección de insulina es una rutina incómoda pero necesaria.

Investigadores del Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería (NIBIB) de los NIH han ideado una innovadora fórmula bioquímica de compuestos mineralizados que interactúa en el torrente sanguíneo para regular el azúcar en la sangre durante días a la vez. En un estudio de prueba de concepto realizado con ratones, los investigadores demostraron que el parche bioquímicamente formulado de microagujas disolubles puede responder a la química de la sangre para administrar la glucosa automáticamente.

"Este enfoque experimental podría ser una forma de aprovechar el hecho de que las personas con diabetes tipo 2 todavía pueden producir algo de insulina", dijo Richard Leapman, Ph.D., director científico de NIBIB. "Una aplicación de parche de microaguja semanal también sería menos complicada y dolorosa que las rutinas que requieren frecuentes análisis de sangre".

La insulina es una hormona producida en el páncreas y secretada al torrente sanguíneo para regular la glucosa en respuesta a la ingesta de alimentos. Es necesario para mover la glucosa del torrente sanguíneo a las células donde el azúcar puede convertirse en energía o almacenarse. En la diabetes tipo 1, generalmente diagnosticada en niños y adultos jóvenes, el cuerpo no produce insulina en absoluto. La diabetes tipo 2, que puede diagnosticarse a cualquier edad pero más comúnmente en la edad adulta, disminuye progresivamente la capacidad del cuerpo para producir o usar insulina. Si no se trata, la diabetes puede provocar daño vascular y nervioso en todo el cuerpo, con impactos debilitantes en los ojos, los pies, los riñones y el corazón.

La incidencia mundial de todos los tipos de diabetes es de aproximadamente 285 millones de personas, de las cuales el 90 por ciento tiene diabetes tipo 2. Muchos requieren terapia de insulina que generalmente se administra por inyección debajo de la piel en cantidades que se calculan de acuerdo con el déficit en la insulina generada naturalmente en la sangre. La terapia con insulina no se maneja bien en la mitad de los casos.

Los investigadores de NIBIB dirigidos por Xiaoyuan (Shawn) Chen, investigador principal en el Laboratorio de Imágenes Moleculares y Nanomedicina, están trabajando en un enfoque de terapia alternativa para regular los niveles de azúcar en la sangre en la diabetes tipo 2 usando un parche para la piel sin dolor. En un estudio publicado el 24 de noviembre de 2017 en línea en Nature Communications, el equipo aplicó el tratamiento a ratones para demostrar su eficacia potencial.

La base del parche experimental es un material llamado alginato, una sustancia natural similar a la goma extraída de algas marrones. Se mezcla con agentes terapéuticos y se vierte en forma de microaguja para hacer el parche. "El alginato es un material flexible, es suave, pero no demasiado suave", dijo Chen. "Tiene que ser capaz de perforar la dermis, y aunque no es un material comúnmente utilizado para las agujas, parece funcionar bastante bien en este caso".

El equipo de Chen infundió al alginato una fórmula de partículas bioquímicas que estimula la producción de insulina del propio cuerpo cuando es necesario y reduce esa estimulación cuando se alcanza la concentración normal de azúcar en la sangre. El sistema de entrega receptivo del parche puede satisfacer la necesidad del cuerpo durante días en lugar de agotarse de una sola vez.

"La diabetes es una enfermedad muy grave y afecta a mucha gente", dijo Chen, explicando que su grupo forma parte de un campo abarrotado de investigadores y desarrolladores de fármacos con ideas contrapuestas. "Todo el mundo está buscando una fórmula de acción prolongada".

Parche para la piel sin dolor responde a los niveles de azúcar para el tratamiento de la diabetes tipo 2 | Instituto Nacional de Imágenes Biomédicas y Bioingeniería

La fórmula de Chen pone dos compuestos de drogas, exendina-4 y glucosa oxidasa, en un parche. Los dos compuestos reaccionan con la química de la sangre para desencadenar la secreción de insulina. Cada uno se combina con una partícula mineral de fosfato, que estabiliza el compuesto hasta que se necesita. La acidez que se produce cuando aumentan las concentraciones de azúcar debilita la unión con el fármaco retenido por uno, pero no por el otro mineral.

Exendina-4 es similar en composición genética a una molécula que el cuerpo produce y segrega en el intestino en respuesta a la ingesta de alimentos. Aunque es algo más débil que la molécula natural, el equipo eligió exendina-4 para su aplicación porque exendina-4 no se degrada en el torrente sanguíneo durante una hora o más, por lo que puede tener un efecto duradero después de ser liberado. Sin embargo, puede inducir náuseas cuando se absorbe demasiado. Para controlar la rapidez con que se absorbe, los investigadores combinaron la exendina-4 con partículas minerales de fosfato de calcio, que la estabilizan hasta que se produce otra reacción química. Esa reacción química es causada por el segundo compuesto de fármaco en el parche, la glucosa oxidasa, que se mantiene en su tampón mineral de fosfato de cobre.

Chen explicó que cuando el nivel de azúcar en la sangre aumenta más allá de un punto preciso, desencadena una reacción con el fosfato de cobre y la glucosa oxidasa para producir una leve acidez, lo que hace que el fosfato de calcio libere algo de exendina-4. El aumento de los niveles de glucosa desencadena la liberación de exendina-4; pero exendina-4 luego hace que la insulina fluya para reducir el nivel de glucosa, lo que ralentiza y detiene la liberación de exendina-4. "Es por eso que lo llamamos liberación sensible o inteligente", dijo Chen. "La mayoría de los enfoques actuales implican una liberación constante. Nuestro enfoque crea una ola de liberación rápida cuando es necesario y luego ralentiza o incluso detiene la liberación cuando el nivel de glucosa es estable".

Los investigadores demostraron que un parche de aproximadamente media pulgada cuadrada contenía suficiente fármaco para controlar los niveles de azúcar en sangre en ratones durante una semana. Para que el enfoque avance como una aplicación que las personas con diabetes tipo 2 pueden usar, el equipo deberá realizar pruebas para tratar animales más grandes con un parche que contenga proporcionalmente más compuesto terapéutico. Además de su tamaño, el parche debería ser alterado para su aplicación en la piel humana, probablemente requiera agujas más largas.

"Necesitaríamos ampliar el tamaño del parche y optimizar la longitud, forma y morfología de las agujas", dijo Chen. "Además, el parche debe ser compatible con la vida cotidiana, por ejemplo, para ducharse o sudar".

Chen se siente alentado por el éxito de sus experimentos y por los informes de investigación sobre el progreso constante de otros desarrolladores de parches de microagujas experimentales. Por ejemplo, otros han completado los primeros estudios en humanos con dispositivos de parche de microagujas que contienen insulina y que beneficiarían a las personas con diabetes tipo 1 y diabetes tipo 2. Él espera que haya lecciones del desarrollo de esos dispositivos que se pueden aplicar al parche de microagujas que su equipo probó en este estudio.


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