Gestionar horarios complejos de medicación, un desafío al que se enfrentan millones de pacientes en todo el mundo, pronto podría volverse significativamente más simple. Imagine un futuro en el que la intrincada rutina de tomar múltiples pastillas a diferentes horas del día se reduzca a tragar una única cápsula por la mañana. Precisamente esa innovación están desarrollando ingenieros de la Universidad de California en San Diego (UC San Diego), creando una cápsula revolucionaria capaz de almacenar múltiples medicamentos diferentes y liberarlos con precisión en intervalos de tiempo predeterminados a lo largo del día.

Este importante logro, detallado en la revista científica Matter, promete un cambio radical en la forma en que los pacientes abordan la terapia. Al eliminar la necesidad de recordar tomar diferentes medicamentos o dosis en momentos específicos, esta cápsula inteligente tiene el potencial de mejorar drásticamente la adherencia a la terapia prescrita. En consecuencia, se esperan mejores resultados de salud, reduciendo el riesgo de dosis omitidas que pueden disminuir la efectividad del tratamiento, así como los peligros de una sobredosis accidental.

Tecnología Inteligente para un Tratamiento Simplificado

«Nuestro objetivo es simplificar la gestión de la medicación con una sola cápsula que sea lo suficientemente 'inteligente' como para administrar el fármaco correcto, en la dosis correcta y en el momento correcto», explica la Dra. Amal Abbas, primera autora del estudio, quien recientemente obtuvo su doctorado en ingeniería química en la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego. La Dra. Abbas dirigió este proyecto en colaboración con Joseph Wang, un distinguido profesor del Departamento de Ingeniería Química y Nanoingeniería Aiiso Yufeng Li Family en UC San Diego. Reconociendo el enorme potencial de esta tecnología para los pacientes y sus cuidadores, la Dra. Abbas está lanzando una empresa emergente para acelerar el desarrollo y la comercialización de esta innovadora cápsula.

El núcleo de la innovación reside en la estructura interna de la cápsula. Múltiples fármacos diferentes se empaquetan en compartimentos separados dentro de una única cubierta. Cada compartimento está diseñado para liberar su contenido en un momento definido con precisión. El elemento clave que permite esto son las barreras que separan los fármacos. Estas barreras están hechas de una matriz de lactosa y maltosa en la que se incrusta un polímero sensible al valor del pH del entorno. Este polímero inteligente actúa como un escudo, protegiendo los fármacos del ambiente ácido del estómago, pero se disuelve cuando llega al ambiente más alcalino del intestino delgado. Ajustando con precisión la densidad de este polímero, los investigadores pueden controlar el tiempo necesario para que cada barrera se disuelva, asegurando así que los fármacos se liberen en intervalos de tiempo precisamente programados después de tomar la cápsula.

Mecanismos Innovadores de Liberación

La cubierta exterior de la cápsula consta de un cuerpo y una tapa, hechos de celulosa vegetal, un material ampliamente aceptado en la industria farmacéutica. El cuerpo principal de la cápsula, que alberga los compartimentos con los fármacos, está protegido por el polímero sensible al pH mencionado anteriormente. Por otro lado, la tapa de la cápsula carece de esta protección. Se disuelve tan pronto como la cápsula llega al estómago, lo que desencadena la liberación inmediata del primer fármaco desde su compartimento correspondiente.

Sin embargo, la temporización precisa no es la única característica avanzada de esta cápsula. El equipo de investigación también ha incorporado partículas microscópicas de magnesio que actúan como diminutos «microagitadores» temporales dentro del cuerpo. Estas partículas reaccionan con el ácido del estómago (ácido clorhídrico, HCl), generando burbujas de hidrógeno (H2). La liberación de estas burbujas gaseosas crea un suave movimiento que mezcla el contenido de la cápsula. Esta micromezcla mejora la disolución del fármaco, lo cual es particularmente útil para fármacos que requieren una absorción rápida, como analgésicos, medicamentos cardiovasculares o terapias de emergencia.

Las partículas de magnesio también tienen otra función importante: mediante una reacción química, neutralizan el ácido del estómago en la vecindad inmediata de la cápsula. Esto crea temporalmente un microambiente alcalino localizado. Este aumento del valor del pH ayuda a disolver las barreras de polímero sensibles al pH que separan los compartimentos restantes, iniciando así la liberación secuencial de los siguientes fármacos de la serie.

Trabajo Pionero en el Campo de los Microrobots

«Este enfoque innovador de una cápsula diaria única garantiza la adherencia completa y durante todo el día a la terapia, lo que conduce a mejores resultados para los pacientes», destaca el profesor Wang. Su grupo de investigación es líder mundial en el uso de partículas de tamaño micrométrico –que denominaron microrobots– con fines terapéuticos. Fueron los primeros en aplicar con éxito microrobots en modelos animales vivos, demostrando su potencial en el tratamiento de diversas afecciones, incluidas infecciones pulmonares y enfermedades que requieren cuidados intensivos. Su amplia experiencia con microrobots sentó las bases para integrar tecnología similar en esta cápsula de liberación controlada por tiempo.

Un aspecto importante para la aplicación futura es el hecho de que todos los materiales utilizados para fabricar la cápsula están aprobados por la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU. (FDA). «Esto ayudará a garantizar una transferencia más fácil de la tecnología al mercado y una disponibilidad más rápida para los pacientes», enfatiza la Dra. Abbas.

Prueba de Concepto y Aplicaciones Potenciales

Como prueba de concepto, los investigadores llenaron la cápsula con tres dosis de levodopa, un medicamento utilizado para tratar la enfermedad de Parkinson. Cada dosis se marcó con un colorante alimentario diferente –amarillo, verde y rojo– para seguir visualmente su liberación en condiciones gástricas simuladas. La primera dosis, colocada en el compartimento que contenía microagitadores de magnesio, fue diseñada para una liberación rápida. La segunda y tercera dosis, colocadas en compartimentos sin agitadores, se liberaron a velocidades media y lenta, respectivamente. El experimento demostró con éxito que la cápsula puede administrar fármacos en diferentes fases predefinidas.

La elección de un fármaco para la enfermedad de Parkinson como caso de prueba no fue casual. El tratamiento de esta enfermedad requiere una ingesta constante de medicamentos cada pocas horas para mantener los síntomas bajo control. Las fluctuaciones en los niveles del fármaco pueden conducir al llamado fenómeno «on-off», con períodos de buena movilidad («on») y períodos de rigidez y temblor («off»). «Esta liberación controlada por tiempo de múltiples dosis realmente podría ayudar a los pacientes con la enfermedad de Parkinson», dice la Dra. Abbas. «Si el nivel del fármaco baja demasiado, los pacientes experimentarán temblores y otros síntomas motores. Pero si podemos mantener ese nivel estable, también podemos ayudar a mantener la estabilidad del movimiento del paciente. Nuestra cápsula tiene el potencial de proporcionar esa estabilidad durante todo el día, para que los pacientes no tengan que preocuparse por programar perfectamente cada dosis.»

Amplio Espectro de Posibilidades

La Dra. Abbas también ve un gran potencial en el uso de esta cápsula para terapias combinadas. Las enfermedades cardiovasculares, por ejemplo, a menudo requieren que los pacientes tomen una combinación de fármacos como aspirina, betabloqueantes y medicamentos para reducir el colesterol (estatinas), cada uno con su propio programa de dosificación recomendado. Al personalizar los compartimentos de la cápsula para liberar estos fármacos en una secuencia precisamente temporizada, los pacientes podrían recibir su aspirina por la mañana, el betabloqueante por la tarde y el medicamento para el colesterol por la noche, todo desde una sola cápsula. Tal enfoque podría asegurar que cada fármaco se administre en el momento en que es más efectivo, reduciendo potencialmente los efectos secundarios y optimizando los beneficios terapéuticos.

Los problemas con la adherencia a la terapia representan un desafío de salud global. Se estima que un porcentaje significativo de pacientes con enfermedades crónicas no se adhiere a los regímenes de tratamiento prescritos, lo que conduce a peores resultados de salud, mayores tasas de hospitalización y costos significativos para el sistema de salud. La complejidad de los regímenes, el olvido, los efectos secundarios de los medicamentos y la falta de comprensión de la importancia de la terapia son solo algunos de los factores que contribuyen a este problema. Soluciones como esta cápsula inteligente ofrecen una respuesta tecnológica concreta al desafío de mejorar la adherencia.

Pasos Futuros y Desafíos

Los próximos pasos en el desarrollo de esta tecnología incluyen la realización de pruebas in vivo en modelos animales, seguidas de ensayos clínicos en humanos para confirmar la seguridad y eficacia en condiciones del mundo real. También es necesario desarrollar métodos para la producción en masa (scaling up) para que la cápsula sea asequible. El equipo también está explorando posibilidades para extender la capacidad de liberación de la cápsula más allá de un solo día, lo que sería beneficioso para medicamentos que se toman con menos frecuencia. Además, se está investigando el potencial de liberación localizada de fármacos dentro del sistema digestivo, lo que permitiría terapias dirigidas para partes específicas del intestino, por ejemplo, en enfermedades inflamatorias intestinales.

A pesar de los resultados prometedores, la tecnología también enfrenta desafíos. Asegurar perfiles de liberación consistentes en el entorno variable del sistema digestivo humano, adaptarse a las diferencias individuales entre pacientes y lograr la rentabilidad de la producción en masa serán clave para la comercialización exitosa y la adopción generalizada de esta avanzada tecnología de administración de fármacos.

Fuente: University of California