COVID-19: por qué las nanopartículas de óxido son un potente tratamiento contra la enfermedad

A raíz de las investigaciones llevadas a cabo desde el inicio de la pandemia, un grupo de científicos del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) de España encontró actividad antiviral contra el SARS-Cov-2 en las nanopartículas de óxido y oxihidróxido de hierro.

Este descubrimiento significa que estas nanopartículas pueden utilizarse en el tratamiento y prevención de infecciones víricas causadas por coronavirus, especialmente aquellas especies relacionadas con el llamado síndrome respiratorio agudo grave, como el SARS-CoV y el SARS-CoV-2, y el síndrome respiratorio de Oriente Medio, el MERSCoV.

Estas nanopartículas recubiertas pueden por tanto proporcionar protección frente a coronavirus y suponen un nuevo tratamiento para la enfermedad COVID-19. Pero sus aplicaciones médicas no acaban ahí. 

Los resultados, realizados en cultivos celulares y publicados en agosto en Journal of Nanobiotechnology, sugieren que el estrés oxidativo y la interferencia con el metabolismo intracelular del hierro que producen podría ser la causa de su efecto antiviral. Esto invita a pensar, además, que la replicación del virus podría depender de los niveles intracelulares de hierro.

Estudios previos habían identificado que las nanopartículas de óxido de hierro tenían un efecto antiviral contra el virus de la gripe, por lo que investigadores del CSIC en el Centro Nacional de Biotecnología (CNB-CSIC) y el Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM-CSIC) iniciaron una colaboración para estudiar si las nanopartículas de óxido y oxihidróxido de hierro también podrían tener actividad antiviral contra el SARS-CoV-2.

“Gracias a la posibilidad de controlar su distribución corporal, su fácil detección por diversas técnicas de imagen médica, su biocompatibilidad y el bajo coste de su producción, los óxidos de hierro magnéticos en forma de nanopartículas estables en agua, representan una alternativa muy interesante en el tratamiento y diagnóstico de diferentes enfermedades”, explica María del Puerto Morales, investigadora del ICMM-CSIC. Los procesos de síntesis desarrollados en su grupo permiten la obtención de nanopartículas uniformes en tamaño y forma, agregación controlada y pureza química.

Domingo F. Barber, investigador del CNB-CSIC, detalla que ya se había visto que las nanopartículas de óxido se acumulan en el interior de las células en vesículas llamadas lisosomas: “Es ahí donde con el tiempo se degradan, inducen estrés oxidativo y alteran el metabolismo intracelular del hierro".

"Dado que el estrés oxidativo afecta a la estabilidad de la membrana lipídica del virus de la gripe y reduce su capacidad de infección, pensamos que podría ocurrir lo mismo con el SARS-CoV-2 y decidimos tratar células infectadas con SARS-CoV-2 con diferentes tipos de nanopartículas, unas producidas por el grupo del ICMM-CSIC y otras comerciales, como son un antianémico y un agente de contraste de resonancia magnética”, indica Barber.

Además, descubrieron que al recubrir estas nanopartículas con un compuesto orgánico adecuado, surgen nuevas ventajas. El recubrimiento otorga biocompatibilidad a la nanopartícula, la cual puede ser usada en una concentración terapéutica efectiva en células vivas sin ocasionar citotoxicidad. También estabiliza el núcleo de hierro, frenando la liberación de hierro, protegiendo a las partículas de agregarse y sosteniéndolas en una suspensión coloidal que puede ser inyectada de manera intravenosa.

“Para su uso en aplicaciones biomédicas, las nanopartículas de óxido de hierro se recubren con diferentes tipos de moléculas o polímeros para hacerlas más biocompatibles, estables y evitar que formen agregados que podrían generar trombos”, explica Barber.

“Según el tipo de recubrimiento utilizado, cuando las nanopartículas entran en contacto con el entorno biológico se producen diferentes interacciones con las proteínas del medio, lo que afecta su tamaño final, la vía de captación celular, así como el tránsito que siguen hasta su degradación en la maquinaria celular que se encarga de este proceso, los endolisosomas”.

Marta López de Diego, también investigadora del CNB-CSIC, recalca el valor de sus resultados: “El tratamiento de cultivos celulares con nanopartículas de óxido y oxihidróxido de hierro disminuye la replicación viral, tanto cuando las células se tratan con las nanopartículas antes de la infección para prevenirla, como cuando se tratan las células infectadas para eliminar el virus, sugiriendo que estas nanopartículas podrían ser usadas como tratamientos profilácticos y terapéuticos”, sostiene la investigadora.

La inducción por parte de las nanopartículas de óxido de hierro de estrés oxidativo y la interferencia con el metabolismo intracelular del hierro, podrían ser los mecanismos de su efecto antiviral. Además, al utilizar un fármaco antianémico y un agente de contraste, también se observa una reducción de la infección, por lo que sería interesante reevaluar estos compuestos como posibles agentes antivirales contra el SARS-CoV-2 u otras infecciones virales que pudiesen surgir, mientras se siguen desarrollando antivirales específicos.

Las nanopartículas magnéticas en biomedicina

Las nanopartículas metálicas magnéticas se han aplicado en terapia y diagnóstico con resultados prometedores. Liberar fármacos de forma dirigida para tratar tumores es uno de los múltiples usos que las nanopartículas han acercado a la medicina. El pasado mes de febrero, el CSIC identificó en un nuevo estudio el recubrimiento de las nanopartículas como el principal factor que determina cómo se mueven y se degradan dentro de la célula, algo imprescindible para lograr su aplicación química.

El uso de las nanopartículas de óxido de hierro está ampliamente extendido en varios campos de la biomedicina, ya que podrían facilitar la liberación dirigida de fármacos y biomoléculas, su capacidad para producir calor se utiliza en el tratamiento de cáncer por hipertermia intracelular y además son capaces de generar un contraste ampliamente utilizado en diagnóstico en imágenes de resonancia magnética.

“Estos hallazgos son de vital importancia a la hora de diseñar las nanopartículas ya que podremos, en función de su futura aplicación, potenciar el efecto deseado dependiendo de la diana terapeútica”, afirma la investigadora del estudio Yadileiny Portilla.

En el año 2021, el equipo del CSIC publicó un estudio en el que logró detectar, con nanopartículas, la presencia de microcalcificaciones en las arterias de un grupo de ratones. Aunque cerca del 80% de las patologías cardiovasculares están relacionadas con la aterosclerosis, esta suele detectarse cuando ya se ha visto dañado algún órgano. El diagnóstico temprano y no invasivo es, por tanto, clave para reducir la incidencia de este tipo de enfermedades.

“Conseguir en el futuro aplicar esta tecnología en humanos supondría un cambio muy importante. En cuanto a las nanopartículas en sí mismas, sus aplicaciones en el diagnóstico por imagen, desde el cáncer hasta enfermedades cardiovasculares o infecciosas, serían numerosas”, señala Fernando Herranz, investigador del CSIC en el Instituto de Química Médica (IQM-CSIC). 

En los últimos años han aumentado los ejemplos del uso de nanopartículas en terapias antitumorales. Estos resultados obtenidos en estudios tanto in vitro como en modelos animales hacía pensar en una rápida traslación de estas tecnologías a la práctica clínica.

Sin embargo, para hacer realidad este salto, es necesario profundizar en el conocimiento de los mecanismos moleculares y celulares que las nanopartículas pueden inducir y los procesos que regulan su eliminación a nivel celular y orgánico. Ambos aspectos son clave, ya que afectan, por un lado, a la eficacia terapéutica de las nanopartículas y, por otro, a su compatibilidad con el organismo.