Investigadores de la Universidad de Harvard y de la Universidad China de Hong Kong han desarrollado una técnica innovadora que podría revolucionar la formulación y entrega de medicamentos al aumentar la solubilidad de las moléculas de fármacos hasta tres órdenes de magnitud. Este avance es crucial, dado que más del 60% de los candidatos farmacéuticos presentan problemas de solubilidad en agua, lo que limita su biodisponibilidad y eficacia terapéutica.
Las técnicas convencionales, como la reducción del tamaño de las partículas, las dispersiones sólidas, los sistemas basados en lípidos y el confinamiento mesoporoso, suelen tener limitaciones específicas para cada fármaco, además de ser costosas y propensas a problemas de estabilidad. La nueva metodología que proponen estos investigadores aborda estas cuestiones mediante un mecanismo de adsorción competitiva de moléculas de fármacos y agua en superficies de sílice diseñadas específicamente.
Innovaciones en superficies de sílice
El estudio titulado «Enhancing drug solubility through competitive adsorption on silica nanosurfaces with ultrahigh silanol densities», publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences, describe cómo las superficies nanoscale pueden adsorber moléculas de fármacos en condiciones secas y liberarlas rápidamente una vez que se introducen en el agua.
Para ello, se utilizaron nanopartículas de sílice de entre 7 y 22 nanómetros como materia prima. Estas nanopartículas, caracterizadas por sus superficies convexas de alta curvatura, fueron aglomeradas mediante evaporación controlada, formando una plantilla porosa capaz de adsorber moléculas de fármacos. La adsorción competitiva entre agua y las moléculas de fármacos en estas superficies diseñadas mejora la disolución del fármaco entre dos y tres órdenes de magnitud.
La Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. (FDA) clasifica la sílice como generalmente reconocida como segura. Las superficies convencionales de sílice tienen una densidad de silanol de 4 a 6 OH/nm², insuficiente para establecer interacciones fuertes con las moléculas de fármacos o agua. Sin embargo, los investigadores lograron aumentar esta densidad hasta 20 OH/nm², creando una superficie de alta afinidad que permite adsorber moléculas de fármacos en un estado anhidro y, al exponerse al agua, experimentar un proceso de adsorción competitiva donde las moléculas de agua reemplazan a las moléculas de fármacos, facilitando así una rápida desorción y disolución.
El ibuprofeno se utilizó como modelo para las pruebas in vitro e in vivo. Los estudios de disolución mostraron que el 90% del fármaco se liberó en una hora, en comparación con menos del 20% del ibuprofeno cristalino en seis horas. Las pruebas in vivo en ratones demostraron casi el doble de la concentración plasmática máxima y 1.5 veces mayor exposición al fármaco en comparación con un producto comercial disponible.
El equipo también probó el método de formulación en 15 ingredientes farmacéuticos activos de baja solubilidad, incluyendo ketoprofeno, docetaxel y fenofibrato. En todos los fármacos probados, la solubilidad se mejoró entre 10 y 2,000 veces en comparación con las formas cristalinas. Además, las pruebas de estabilidad durante dos años no mostraron degradaciones significativas en el rendimiento de solubilidad.
Un análisis computacional utilizando la teoría del funcional de densidad corroboró las observaciones experimentales, mostrando que las moléculas de agua desplazan favorablemente a los fármacos adsorbidos debido a una mayor afinidad de unión en las superficies de silanol densamente pobladas.
Los investigadores creen haber encontrado una solución efectiva al problema de la solubilidad en la entrega de medicamentos, aplicable a una amplia gama de fármacos y que, además, resulta coste-efectiva y escalable para la producción en masa. Si los resultados del estudio se traducen en éxitos en los ensayos clínicos, esto podría tener un impacto significativo en el desarrollo de fármacos, los costos de fabricación, las dosis requeridas y la disponibilidad de medicamentos.
