El Dr. Pol Cabanach ha defendido recientemente su tesis doctoral en IQS, en la que desarrolla dos tecnologías basadas en materiales zwitteriónicos: un sistema oral de liberación de fármacos para el tratamiento de la malaria y una fotorresistencia para la microimpresión de micro-robots no-inmunogénicos.
Dr. Salvador Borrós y Dr. Pol Cabanach
La respuesta inmune de nuestro cuerpo supone un gran obstáculo para la efectividad de múltiples terapias basadas en biomateriales. Accionado por la absorción inespecífica de biomoléculas (sobre todo proteínas) a la superficie del material, nuestro sistema inmune identifica y elimina estos materiales mediante las células inmunes o barreras como las mucosas, evitando que realicen su función. Los materiales zwitteriónicos han emergido en los últimos años como materiales antiadherentes prometedores, con capacidad para evitar la absorción de proteínas que desencadena la respuesta inmune y así poder incrementar la efectividad del biomaterial.
En este contexto, el Dr. Pol Cabanach ha defendido recientemente su tesis doctoral bajo el título Zwitterionic materials for biomedical applications, realizada dentro del Grupo de Ingeniería de Materiales GEMAT de IQS School of Engineering y codirigida por el Profesor Dr. Salvador Borrós de IQS y el Profesor Abdon Pena-Francesch, actual profesor asociado a la University of Michigan y previamente investigador post-doctoral del Max Planck Institute For Intelligent Systems.
La investigación del Dr. Cabanach ha conducido a dos sistemas basados en materiales zwitteriónicos. En primer lugar, ha conseguido una plataforma de liberación de fármacos basada en copolímeros de bloque amfifílicos (CBAs), sintetizados y optimizados para que ellos mismos se organicen en forma de nanopartículas zwitteriónicas. Estas nanopartículas han mostrado altos niveles de encapsulación de moléculas hidrofóbicas, y su superficie zwitteriónica muestra potencial para evitar la adhesión a la mucosa intestinal al ser administradas oralmente.
Este sistema de liberación de fármacos ha sido optimizado para tratar diferentes enfermedades. Intentando diseñar un tratamiento para la malaria, las nanopartículas zwitteriónicas han sido cargadas con curcumina y probadas tanto in vitro – para confirmar la actividad de las nanopartículas – como in vivo, utilizando ratones, para testar la absorción orla del fármaco1. Estas pruebas se han realizado en colaboración con el Instituto de Bioingeniería de Cataluña IBEC, el Instituto de Salud Global ISGlobal y la Universidad de Cardiff.
Las nanopartículas obtenidas también han sido optimizadas para el tratamiento de cáncer, mediante la encapsulación de Paclitaxel. Tal sistema ha sido probado con éxito en ensayos in vitro, mostrando así el potencial del sistema desarrollado para el diseño de terapias con fármacos hidrofóbicos.
Micro-robots zwitteriónicos
En una segunda parte de su investigación, el Dr. Cabanach ha desarrollado una fotoresistencia zwitterionica para la impresión de micro-robots zwitteriónicos no-inmunogénicos, que pueden permanecer ‘camuflados’ y evitar ser reconocidos por el sistema inmune del cuerpo humano. Esta segunda parte se realizó en el grupo de Physical Intelligence del Max Planck Institute For Intelligent Systems, dirigido por el profesor Metin Sitti2.
Los micro-robots obtenidos, diseñados por CAD y micro-fabricados con impresión 3D mediante la técnica de polimerización de dos fotones, presentan propiedades mecánicas ajustables, propiedades de anti-bioadhesión y no-inmunogénicos, capacidad de encapsulación de biomoléculas, medicamentos y partículas para la actuación magnética y una amplia capacidad de funcionalización útil para la liberación de fármacos bajo demanda.
Estos robots ‘invisibles’ evitan que los macrófagos del sistema inmune los detecten después de una exhaustiva inspección (de más de 90 horas), hecho que no se había conseguido hasta el momento en ningún sistema micro-robótico. De esta manera, estos materiales zwitteriónicos versátiles eliminan uno de los grandes obstáculos en el desarrollo de micro-robots biocompatibles, y servirán como fuente de materiales no-inmunogénicos para crear robots biomédicos y otros dispositivos para la bioingeniería y para aplicaciones biomédicas.
Esta tesis ha sido realizada con el soporte de la Secretaria d' Universitats i Recerca del Departament d'Empresa i Coneixement de la Generalitat de Catalunya.
1 Arnau Biosca, Pol Cabanach, Muthanna Abdulkarim, Mark Gumbleton, Cristina Gómez-Canela, Miriam Ramirez, Inés Bouzón-Arnáiz, Yunuen Avalos-Padilla, Salvador Borrós, Xavier Fernández-Busquets, Zwitterionic self-assembled nanoparticles as carriers for Plasmodium targeting in malaria oral treatment, Journal of controlled released, Vol 331, 2021, pgs 364-375 (https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2021.01.028 )
2 Pol Cabanach, Abdon Pena-Francesch, Devin Sheehan, Ugur Bozuyuk, Oncay Yasa, Salvador Borrós, Metin Sitti, Zwitterionic 3D-Printed Non-Immunogenic Stealth Microrobots, Advanced materials, 2020, 32, 200313 (https://doi.org/10.1002/adma.202003013)