Cardiel García, María Josefa
Rodrigo Sanjuán, María Jesús (dir.) ; Ramírez Gasca, María Teresa (dir.)
Universidad de Zaragoza,
2025
Resumen: La presente Tesis Doctoral se basa en el estudio in vivo de la biocompatibilidad y eficacia de Laponita como portador de varios agentes farmacológicos de diferentes características, concretamente un antiinflamatorio esteroideo de amplísima aplicación en patología oftalmológica como la dexametasona y un agente de baja solubilidad como la brimonidina. También se ha aprovechado para comparar dos vías distintas de administración (supracoroidea e intravítrea) y se ha trabajado con modelos animales tanto sanos como enfermos. Además, se ha desarrollado un sistema no invasivo de monitorización de la formulación intravítrea mediante tomografía de coherencia óptica (OCT).
Las enfermedades del segmento posterior del ojo suponen un reto desde el punto de vista clínico, tanto por su frecuencia como por su grave afectación de la visión. La complejidad anatómica del ojo y la existencia de diversas barreras fisiológicas con función protectora hacen que las medidas terapéuticas disponibles en la actualidad sean frecuentemente insuficientes para mantener unos niveles del fármaco dentro del rango terapéutico. Las distintas vías de administración oftálmicas tienen en común la baja biodisponibilidad del fármaco en el lugar de acción y la necesidad de administraciones repetidas, lo que conlleva en el caso de las inyecciones oculares un riesgo no desdeñable de complicaciones graves. En los últimos años se han llevado a cabo investigaciones enfocadas en los sistemas de nanopartículas como biomateriales capaces de liberar fármacos de forma sostenida, lo cual permite de forma simultánea reducir la dosis y mantener la administración de forma prolongada a nivel del tejido diana. Entre los diversos nanomateriales que se están explorando, la Laponita, un silicato estratificado coloidal sintético, destaca como un biomaterial especialmente prometedor y emergente, el cual reúne una serie de características fisicoquímicas y biológicas que lo hacen especialmente atractivo para su aplicación ocular, como son el hecho de ser biocompatible, fácilmente inyectable y ópticamente transparente, con cualidades como la tixotropía, que facilita su inyección, y la capacidad para retener todo tipo de moléculas, así como para liberarlas de manera progresiva. Sin embargo, a pesar de sus prometedoras cualidades, existen pocos estudios realizados sobre aplicaciones del biomaterial Laponita en el ojo hasta la fecha, a pesar de existir numerosas pruebas científicas que sugieren que puede utilizarse de manera segura en los tejidos oculares.
Para avalar el desarrollo de los estudios que componen esta tesis, de manera previa nuestro grupo ya había realizado estudios previos con Laponita, tanto a nivel in vitro como in vivo. Inicialmente se creó y caracterizó, in vitro, una nueva formulación de dexametasona utilizando una matriz de Laponita como base (formulación DEX/LAP), la cual mostró una liberación sostenida del fármaco durante 24 semanas, testándose sobre soluciones que emulaban el humor vítreo. Este estudio puso de relieve la sencillez del método de preparación. Un estudio en paralelo demostró, in vivo, que la administración de Laponita en ojos sanos de conejo era segura y biocompatible, con persistencia intraocular tras inyección intravítrea y supracoroidea. No hubo diferencias significativas en la presión intraocular, no se observaron complicaciones oculares relevantes, ni cambios patológicos en el estudio histológico. Además, se observó una lenta degradación de Laponita durante 14 semanas.
A partir de ahí, el primer objetivo se centró en evaluar in vivo el perfil farmacocinético y la seguridad ocular de la formulación DEX/LAP. Para ello se seleccionó una cohorte de 30 conejos albinos hembra de Nueva Zelanda, dada la idoneidad de este modelo animal para los estudios farmacocinéticos, con un seguimiento de hasta 24 semanas. Se aprovechó la intervención para comparar dos rutas distintas de administración (intravítrea y supracoroidea). Los resultados demostraron que, tras una única inyección de la formulación, la liberación de dexametasona a partir de Laponita se mantiene hasta 6 meses en el cuerpo vítreo de ojos de conejo sanos. Además, ambas vías de administración fueron seguras, requiriendo menor dosis la supracoroidea.
Para demostrar el carácter generalizable del sistema de liberación, y al no existir en la actualidad ningún tratamiento intravítreo enfocado al control de la neuropatía glaucomatosa, para el siguiente estudio se seleccionó el fármaco brimonidina, en lugar de dexametasona (formulación BRI/LAP). Además, se aplicó sobre un modelo de enfermedad (glaucoma crónico inducido) para comprobar el efecto terapéutico mantenido durante un período prolongado y para confirmar la ausencia de efectos secundarios. La investigación se llevó a cabo con 91 ratas Long Evans (40% de machos, 60% de hembras). Este segundo estudio permitió evaluar in vivo el efecto terapéutico de la formulación BRI/LAP tras una única inyección intravítrea. Los resultados obtenidos mediante técnicas de evaluación de la eficacia y tolerancia (OCT, electrorretinografía, técnicas histológicas y estudios farmacocinéticos) mostraron que la formulación BRI-LAP produjo un efecto hipotensor y un efecto neuroprotector durante al menos 6 meses.
Los estudios realizados mediante OCT en este último estudio aportaron información no solo de la estructura y grosor neurorretinianos, sino también de la interfase vitreorretiniana, donde se observó la formulación en forma de agregados hiperreflectantes. A partir de estos hallazgos se realizó un nuevo estudio centrado en el desarrollo de un sistema para monitorizar por OCT la formulación BRI/LAP mediante una caracterización cualitativa y cuantitativa de dichos agregados basada en los cambios en la intensidad de la señal vítrea observada, respecto a la intensidad del epitelio pigmentario de la retina, expresado como ratio VIT/EPR. El análisis de los resultados obtenidos mostró que la intensidad relativa VIT/EPR es significativamente mayor en los ojos tratados con la formulación BRI/LAP que en los no tratados; que los valores de intensidad disminuyen con el tiempo y que los agregados pueden calcularse con un alto grado de reproducibilidad. Además, el área total agregada se correlaciona con la cantidad de brimonidina en todas las fases del estudio y muestra una curva de degradación similar. Por lo tanto, la intensidad relativa de VIT/EPR parece ser un biomarcador útil y objetivo para la monitorización de la formulación BRI/LAP, postulándose como un novedoso método de medición no invasivo.
Finalmente, como último trabajo de esta Tesis Doctoral, se realizó una revisión de los estudios con Laponita llevados a cabo en el ojo durante los últimos 10 años, así como de los estudios no realizados en el ojo pero que podrían ser potencialmente aplicables en oftalmología. La revisión mostró las numerosas evidencias científicas que sugieren que la Laponita puede utilizarse en todas las estructuras y tejidos oculares, desde la piel y los apéndices oculares hasta la retina y la órbita, a pesar de los pocos estudios realizados hasta la fecha sobre la aplicación del biomaterial Laponita en el ojo y/o tejido ocular. Entre sus ventajas destacan -en el caso de la oftalmología- la biocompatibilidad, la transparencia óptica, el grosor nanométrico y la tixotropía, que facilita la inyección, además de su capacidad para retener todo tipo de moléculas, incluso en co-carga, y su habilidad para liberarlas progresivamente para tratar la célula diana tras su administración en forma de gel tópico o inyección cutánea, intravítrea o supracoroidea, o como andamiaje. También posee características bactericidas y regenerativas intrínsecas. La translación a la práctica clínica del biomaterial Laponita como sistema de administración de fármacos parece un hecho factible, sencillo y próximo. Sin embargo, su aplicación en el campo de la medicina regenerativa parece todavía lejana. Se concluyó con la idea de que la Laponita parece ser un biomaterial que merece un estudio más profundo en aplicaciones médicas, quirúrgicas y regenerativas en futuras investigaciones oftalmológicas.
Resumen (otro idioma):
Las enfermedades del segmento posterior del ojo suponen un reto desde el punto de vista clínico, tanto por su frecuencia como por su grave afectación de la visión. La complejidad anatómica del ojo y la existencia de diversas barreras fisiológicas con función protectora hacen que las medidas terapéuticas disponibles en la actualidad sean frecuentemente insuficientes para mantener unos niveles del fármaco dentro del rango terapéutico. Las distintas vías de administración oftálmicas tienen en común la baja biodisponibilidad del fármaco en el lugar de acción y la necesidad de administraciones repetidas, lo que conlleva en el caso de las inyecciones oculares un riesgo no desdeñable de complicaciones graves. En los últimos años se han llevado a cabo investigaciones enfocadas en los sistemas de nanopartículas como biomateriales capaces de liberar fármacos de forma sostenida, lo cual permite de forma simultánea reducir la dosis y mantener la administración de forma prolongada a nivel del tejido diana. Entre los diversos nanomateriales que se están explorando, la Laponita, un silicato estratificado coloidal sintético, destaca como un biomaterial especialmente prometedor y emergente, el cual reúne una serie de características fisicoquímicas y biológicas que lo hacen especialmente atractivo para su aplicación ocular, como son el hecho de ser biocompatible, fácilmente inyectable y ópticamente transparente, con cualidades como la tixotropía, que facilita su inyección, y la capacidad para retener todo tipo de moléculas, así como para liberarlas de manera progresiva. Sin embargo, a pesar de sus prometedoras cualidades, existen pocos estudios realizados sobre aplicaciones del biomaterial Laponita en el ojo hasta la fecha, a pesar de existir numerosas pruebas científicas que sugieren que puede utilizarse de manera segura en los tejidos oculares.
Para avalar el desarrollo de los estudios que componen esta tesis, de manera previa nuestro grupo ya había realizado estudios previos con Laponita, tanto a nivel in vitro como in vivo. Inicialmente se creó y caracterizó, in vitro, una nueva formulación de dexametasona utilizando una matriz de Laponita como base (formulación DEX/LAP), la cual mostró una liberación sostenida del fármaco durante 24 semanas, testándose sobre soluciones que emulaban el humor vítreo. Este estudio puso de relieve la sencillez del método de preparación. Un estudio en paralelo demostró, in vivo, que la administración de Laponita en ojos sanos de conejo era segura y biocompatible, con persistencia intraocular tras inyección intravítrea y supracoroidea. No hubo diferencias significativas en la presión intraocular, no se observaron complicaciones oculares relevantes, ni cambios patológicos en el estudio histológico. Además, se observó una lenta degradación de Laponita durante 14 semanas.
A partir de ahí, el primer objetivo se centró en evaluar in vivo el perfil farmacocinético y la seguridad ocular de la formulación DEX/LAP. Para ello se seleccionó una cohorte de 30 conejos albinos hembra de Nueva Zelanda, dada la idoneidad de este modelo animal para los estudios farmacocinéticos, con un seguimiento de hasta 24 semanas. Se aprovechó la intervención para comparar dos rutas distintas de administración (intravítrea y supracoroidea). Los resultados demostraron que, tras una única inyección de la formulación, la liberación de dexametasona a partir de Laponita se mantiene hasta 6 meses en el cuerpo vítreo de ojos de conejo sanos. Además, ambas vías de administración fueron seguras, requiriendo menor dosis la supracoroidea.
Para demostrar el carácter generalizable del sistema de liberación, y al no existir en la actualidad ningún tratamiento intravítreo enfocado al control de la neuropatía glaucomatosa, para el siguiente estudio se seleccionó el fármaco brimonidina, en lugar de dexametasona (formulación BRI/LAP). Además, se aplicó sobre un modelo de enfermedad (glaucoma crónico inducido) para comprobar el efecto terapéutico mantenido durante un período prolongado y para confirmar la ausencia de efectos secundarios. La investigación se llevó a cabo con 91 ratas Long Evans (40% de machos, 60% de hembras). Este segundo estudio permitió evaluar in vivo el efecto terapéutico de la formulación BRI/LAP tras una única inyección intravítrea. Los resultados obtenidos mediante técnicas de evaluación de la eficacia y tolerancia (OCT, electrorretinografía, técnicas histológicas y estudios farmacocinéticos) mostraron que la formulación BRI-LAP produjo un efecto hipotensor y un efecto neuroprotector durante al menos 6 meses.
Los estudios realizados mediante OCT en este último estudio aportaron información no solo de la estructura y grosor neurorretinianos, sino también de la interfase vitreorretiniana, donde se observó la formulación en forma de agregados hiperreflectantes. A partir de estos hallazgos se realizó un nuevo estudio centrado en el desarrollo de un sistema para monitorizar por OCT la formulación BRI/LAP mediante una caracterización cualitativa y cuantitativa de dichos agregados basada en los cambios en la intensidad de la señal vítrea observada, respecto a la intensidad del epitelio pigmentario de la retina, expresado como ratio VIT/EPR. El análisis de los resultados obtenidos mostró que la intensidad relativa VIT/EPR es significativamente mayor en los ojos tratados con la formulación BRI/LAP que en los no tratados; que los valores de intensidad disminuyen con el tiempo y que los agregados pueden calcularse con un alto grado de reproducibilidad. Además, el área total agregada se correlaciona con la cantidad de brimonidina en todas las fases del estudio y muestra una curva de degradación similar. Por lo tanto, la intensidad relativa de VIT/EPR parece ser un biomarcador útil y objetivo para la monitorización de la formulación BRI/LAP, postulándose como un novedoso método de medición no invasivo.
Finalmente, como último trabajo de esta Tesis Doctoral, se realizó una revisión de los estudios con Laponita llevados a cabo en el ojo durante los últimos 10 años, así como de los estudios no realizados en el ojo pero que podrían ser potencialmente aplicables en oftalmología. La revisión mostró las numerosas evidencias científicas que sugieren que la Laponita puede utilizarse en todas las estructuras y tejidos oculares, desde la piel y los apéndices oculares hasta la retina y la órbita, a pesar de los pocos estudios realizados hasta la fecha sobre la aplicación del biomaterial Laponita en el ojo y/o tejido ocular. Entre sus ventajas destacan -en el caso de la oftalmología- la biocompatibilidad, la transparencia óptica, el grosor nanométrico y la tixotropía, que facilita la inyección, además de su capacidad para retener todo tipo de moléculas, incluso en co-carga, y su habilidad para liberarlas progresivamente para tratar la célula diana tras su administración en forma de gel tópico o inyección cutánea, intravítrea o supracoroidea, o como andamiaje. También posee características bactericidas y regenerativas intrínsecas. La translación a la práctica clínica del biomaterial Laponita como sistema de administración de fármacos parece un hecho factible, sencillo y próximo. Sin embargo, su aplicación en el campo de la medicina regenerativa parece todavía lejana. Se concluyó con la idea de que la Laponita parece ser un biomaterial que merece un estudio más profundo en aplicaciones médicas, quirúrgicas y regenerativas en futuras investigaciones oftalmológicas.
Resumen (otro idioma):
Pal. clave: oftalmología ; farmacología ; tecnología de materiales
Titulación: Programa de Doctorado en Medicina
Plan(es): Plan 497
Área de conocimiento: Ciencias de la Salud
Nota: Presentado: 16 01 2025
Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, , 2025
Aportación del TFG/M a la Sostenibilidad: Garantizar una vida saludable y promover el bienestar para todos y todas en todas las edades. Desarrollar infraestructuras resilientes, promover la industrialización inclusiva y sostenible, y fomentar la innovación.
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Registro creado el 2025-04-24, última modificación el 2025-04-24
