Nanotecnologia_en_el_tratamiento_de_glau

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17 de noviembre del 2018 
Proyecto final para la asignatura de Tópicos Selectos de Biofísica 
 
 
Nanotecnología en el tratamiento de glaucoma 
López-Medrano, Dulce Deyanira y Montes-Morales, Daniela 
Universidad Autónoma de Querétaro, Ingeniería en Nanotecnología 
 
 
INTRODUCCIÓN 
El glaucoma es la segunda causa de ceguera en todo el mundo, y los tratamientos antiglaucoma 
disponibles en la actualidad sufren diversas complicaciones. Los tratamientos basados en 
nanotecnología son muy prometedores para superar estas complicaciones y forman la base para 
las estrategias de tratamiento de glaucoma de próxima generación, con la ayuda de aplicaciones 
como la liberación controlada, el suministro dirigido, el aumento de la biodisponibilidad, las 
limitaciones de la difusión y la biocompatibilidad. 
Se ha logrado un progreso significativo en la nanomedicina en la eficacia de los medicamentos 
antiglaucoma, los sistemas de nanofabricación como los sistemas microelectromecánicos que 
eliminan las limitaciones de los nanodispositivos y las vesículas de regeneración de tejidos para 
desarrollar tratamientos de glaucoma que no se basan en la presión intraocular. Con el uso de 
estas tecnologías avanzadas, la prevención de la ceguera inducida por glaucoma será posible 
en un futuro próximo. 
OBJETIVO 
En esta investigación, se revisaron algunos de los avances más recientes en las estrategias de 
tratamiento basadas en nanotecnología para el tratamiento de glaucoma. 
DESARROLLO 
Glaucoma 
El glaucoma es la segunda causa de ceguera humana. Según la Organización Mundial de la 
Salud, se estima que hay 4.5 millones de casos de ceguera como resultado del glaucoma, que 
representan más del 12% de todos los casos de ceguera en todo el mundo. 
Para entender el proceso de aparición del glaucoma resulta esencial conocer el funcionamiento 
del sistema visual. La cámara anterior y la cámara posterior del ojo son dos espacios separados 
por el iris y conectados por la pupila que están llenos de un líquido transparente denominado 
humor acuoso. El equilibrio entre la producción y la eliminación del humor acuoso determina 
que la presión intraocular se mantenga dentro de los límites adecuados, que los especialistas 
suelen estimar entre 12 y 21 milímetros de mercurio (mmHg). 
 
El glaucoma se caracteriza por una alta presión intraocular causada principalmente por el 
bloqueo del sistema de drenaje del ojo, la resistencia al flujo de salida a través de la red 
trabecular, lo que lleva a la muerte de las células ganglionares de la retina, provocando un daño 
eventual en el nervio óptico, seguido de neuropatía óptica y, finalmente, ceguera. Aunque 
existen varios tipos de glaucoma, los dos más comunes son el glaucoma primario de ángulo 
abierto y el glaucoma de ángulo cerrado, el primero ocurre de manera lenta e indolora y el 
segundo, rápidamente y con posible dolor. 
Tratamientos comunes 
Aunque la presión ocular es solo una de las causas del glaucoma, reducir esta presión es el 
objetivo de los tratamientos más usados actualmente, ya sea incrementando la red trabecular y 
el flujo uveoescleral o suprimiendo la producción de humor acuoso mediante fármacos 
aplicados en gotas. Sin embargo, este sistema de administración convencional es ineficiente y 
se caracteriza por resultados inconsistentes para cada paciente. Esto se debe a que el tratamiento 
requiere múltiples administraciones por día y la precisión de la dosis depende en gran medida 
del paciente. Además, el recambio de lágrimas, la mala permeabilidad de la córnea, la corta 
duración de la acción del fármaco y la baja biodisponibilidad limitan su efectividad. 
Para casos más severos se recurre a las prácticas quirúrgicas, como lo son las cirugías láser que 
buscan estimular la apertura de los conductos y permitir el paso del humor acuoso. Además, 
existen otras técnicas quirúrgicas, igualmente muy habituales, que consisten en el implante de 
válvulas para drenaje del humor acuoso. 
Nanotecnología y administración de fármacos 
Para superar las limitaciones de la entrega convencional de fármacos, se necesita con urgencia 
un nuevo y más eficiente sistema de administración de medicamentos y la nanotecnología se 
muestra prometedora para el desarrollo de una nueva generación de medicamentos, o 
nanomedicina, que brindan administración dirigida, liberación sostenida, biodisponibilidad, 
precisión de la dosis, irritación mínima del tejido, mayor vida útil y mejor solubilidad. Estos 
sistemas de nano-entrega pueden hacer uso de nanopartículas, nanoemulsiones, 
nanodiamantes, nanocristales, liposomas, dendrímeros, ciclodextrinas y otros dispositivos 
como lentes de contacto. La selección de un sistema apropiado depende del tipo de fármaco 
(hidrofobicidad, tamaño, estabilidad), tejido objetivo y vía de administración. 
Liposomas: 
En un estudio realizado por Natarajan et. al., se emplearon liposomas cargados con latanoprost 
(un medicamento empleado para disminuir la presión intraocular) para determinar la 
evaluación terapéutica del nanomaterial en ojos de conejo. El grupo desarrolló liposomas de 
Egg-phosphatidylcholine (EggPC) cargados con latanoprost utilizando una técnica de 
hidratación de película delgada. Los liposomas EggPC cargados con latanoprost disminuyeron 
efectivamente la presión intraocular (PIO) en ojos de conejo durante al menos 90 días y el 
efecto fue significativamente mayor que el latanoprost tópico. 
 
(A) Inyección de formulación de liposomas subconjuntival. (B) Post-inyección inmediata de la formulación de 
liposomas donde se observan una ampolla. (C) Fotografía con lámpara de hendidura del ojo después de la 
inyección en el día 90, no hay evidencia de hiperemia conjuntival, inflamación o infección. (D) Ojo que recibe 
una gota diaria de latanoprost tópico diariamente en el día 90. 
Polímeros y dendrímeros: 
Bhagav y sus colegas utilizaron tartrato de brimonidina (BRT), usado cotidianamente para 
reducir la presión intraocular, encapsulado con nanopartículas de eudragit para estudiar la 
liberacion prolongada de BRT. Las nanopartículas de eudragit son copolímeros de resina 
polimérica inerte utilizados para atrapar fármacos lipofílicos. La eficacia de la reducción de la 
presión intraocular de las nanopartículas se evaluó en laucomatosa inducida por α-
quimotripsina en conejos. Los resultados mostraron que las nanopartículas estaban bien 
toleradas, sin signos de irritación o toxicidad. Además, las BRT disminuyeron la presión 
intraocular elevada en conejos con glaucoma por un período de tiempo menor a las gotas 
convencionales. 
Nanotecnología en la cirugía de glaucoma 
Los láseres convencionales usados en cirugía son muy apreciados por su capacidad para 
eliminar tejidos no deseados y otros materiales biológicos, sin embargo, existen varios riesgos 
asociados y efectos adversos en el ámbito de las cirugías de glaucoma con láser convencional, 
siendo los más comunes el daño térmico y el daño involuntario al tejido circundante. Pero con 
el desarrollo de equipos de láser de femtosegundos se han podido obtener pulsos mucho más 
cortos y de alta intensidad que permiten un suministro más preciso de energía al objetivo y 
minimizan el daño térmico al tejido circundante en comparación con los láseres 
convencionales. (Ngoi BK et. Al) 
Por otro lado, la nanotecnología también tiene un papel importante en el desarrollo de agentes 
cicatrizantes después de la cirugía de filtración de glaucoma, ya que se pueden presentar 
diversas complicaciones post-cirugía como las fugas de ampollas e infecciones como la 
endoftalmitis. Para ello, se diseñaron conjugados de dendrímeros PAMAM de generación 3.5 
carboxilados con D(+) glucosamina y D(+) glucosamina-sulfato para mejorar la formación de 
tejido cicatricial después de la cirugía de filtración de glaucoma en un modelo de conejo. El 
dendrímero de glucosamina inhibió quimiocinas y citocinas proinflamatorias,mientras que el 
dendrímero de glucosamina-sulfato previno el factor de crecimiento de fibroblastos y la 
neoangiogénesis. Los dendrímeros también aumentaron el éxito a largo plazo de la cirugía al 
30% al 80% . (Shaunak et. al., 2004). 
 
(a/b) Secciones con un control en el día 30 después de la cirugía las secciones muestran que el canal de drenaje 
quirúrgico está rodeado por tejido cicatricial hipercelular que contiene colágeno la cual evita el drenaje del humor 
acuoso a través de la conjuntiva y conduce al fracaso de la cirugía (c/d) Tratado con dendrímero glucosamina y 
glucosamina-sulfato en el día 30 después de la cirugía, hay mínima formación de tejido cicatricial, el humor 
acuoso puede drenar a través de la conjuntiva por lo que la cirugía ha sido exitosa 
El NF-κB ha demostrado ser un factor asociado con la cicatrización de heridas a través de su 
capacidad para estimular la transcripción de varios genes involucrados en la activación de la 
inflamación y la proliferación celular. Dado el papel central de IKKβ en la ruta de NF-κB, se 
puede suponer que la supresión farmacológica de IKKβ y el posterior bloqueo de la actividad 
de NF-κB serían beneficiosos durante la modulación de la cicatrización de la herida después 
de la cirugía de filtración de glaucoma. 
Por otra parte, es sabido que el ARN puede actuar como un mecanismo inhibidor de la 
expresión de genes específicos. Sabiendo esto, Ye y sus colegas desarrollaron nanocopolímeros 
catiónicos llamados CS-g-(PEI-b-mPEG) las cuales dirigieron con éxito al ARN para inhibir 
al factor IKKβ y reducir así localmente la cicatrización. Este estudio se realizó en monos 
rhesus, que se sometieron a trabeculectomía. 
Nanodispositivos con fines diagnósticos y terapéuticos 
El monitoreo de la presión intraocular es un aspecto crítico para cualquier tratamiento de 
glaucoma, no solo como herramienta de diagnóstico, sino también para observar la progresión 
de la enfermedad. Debido a que la presión intraocular presenta una variación diurna y valores 
más altos durante la noche, la monitorización continua puede tener un gran impacto en el 
manejo del glaucoma. 
Leonardi y sus colegas desarrollaron una tecnología inalámbrica, no invasiva, un lente de 
contacto suave de silicona desechable incrustado con un sensor de tensión para realizar un 
seguimiento continuo de los cambios en las mediciones de presión intraocular. El sensor es de 
platino-titanio fabricado de 170nm de espesor con un medidor de tensión colocado entre dos 
capas de poliimida. Se desarrolló un microprocesador, una antena de oro y un circuito integrado 
de aplicación específica en la lente para alimentar el sensor, así como para comunicarse de 
forma inalámbrica con una unidad de grabación externa. A medida que aumenta la tensión en 
el medidor, las fuerzas mecánicas comprimen el medidor y cambian la señalización eléctrica. 
Este equipó obtuvo resultados muy favorables, obteniendo lecturas de presión intraocular 
altamente lineales y reproducibles entre 15 y 30 mmHg en ojos de cerdo enucleados. 
 
Diagrama de la lente donde se muestra la ubicación de los medidores de tensión activos por sensor, para la 
alimentación y comunicación inalámbrica se implementa una antena y un microprocesador de contacto blandos 
 
Definitivamente, la disminución de la presión intraocular en pacientes con glaucoma, ayuda a 
controlar la enfermedad y disminuir su progreso. Para ello, Paschalis et. al. diseñaron una 
válvula de glaucoma que funciona con nanopartículas ferrofluídicas. Este ferrofluido consiste 
en NP magnéticas de 10 a 100 nm de tamaño, suspendidas en un fluido inerte, y exhibe 
propiedades superparamagnéticas como la fuerza de arrastre a lo largo del gradiente de campo. 
Usaron dos micromagnetos de NdFeB colocados uno frente al otro y al lado de la subsección 
del tubo. Por lo tanto, el ferrofluido funcionó como una válvula hasta que la presión del flujo 
de líquido fue mayor que la potencia magnética, que se ajustó a 10 y 7 mm Hg para las presiones 
de apertura y cierre, respectivamente. La estabilidad a largo plazo del dispositivo se evaluó con 
análisis de difracción de rayos X y no mostró oxidación antes de la exposición al agua o al aire. 
Los estudios preliminares in vivo en conejos no mostraron signos de inflamación en 2 semanas 
e indicaron una presión intraocular más baja (11.8 ± 2 mm Hg) en comparación con los ojos 
de control contralateral (14 ± 3 mm Hg). 
 
Comparación de tamaño con una moneda de un centavo de EE. UU. (Izquierda), una regla de escala de 1 cm 
(centro) y la punta de un bolígrafo (derecha). El tamaño de la válvula es 2.8 x 4.7 x 2.7 mm de longitud x ancho 
x altura. También se puede distinguir la clavija circular en el tubo para la sutura escleral. 
 
Izquierda: Fotografía ampliada de la válvula donde se aprecian los microimanes, el ferrofluido y el el capilar. 
Derecha: Diagrama esquemático de la válvula ferromagnética 
 
Nanotecnología en medicina regenerativa 
Nuevas investigaciones han demostrado que es posible la combinación de la nanotecnología 
como mecanismo de entrega con técnicas regenerativas para los axones del nervio óptico. De 
Lima y su equipo causaron lesiones por aplastamiento del nervio óptico en ratones maduros y 
demostró la regeneración del axón desde el ojo hasta el cerebro utilizando una combinación de 
tres tratamientos. Los ratones parcialmente recuperados recuperaron cierta percepción de 
profundidad, respuesta optomotora y fotoentrenamieto circadiano, después de esto se propuso 
el uso de nanopartículas para suministro del compuesto químico que inducirán el mismo 
mecanismo en ratones con lesiones por aplastamiento del nervio óptico. 
Para el glaucoma, en particular, que resulta en disfunción del nervio óptico y muerte celular, la 
investigación con respecto a la nanotecnología y la regeneración del tejido neural es una 
perspectiva alentadora para el futuro del tratamiento. 
 
CONCLUSIONES 
Daniela: La nanotecnología ofrece un sinfín de enfoques novedosos para el desarrollo de 
estrategias de tratamiento de distintas enfermedades, sin embargo, es necesario una 
comprensión completa del mecanismo de entrada celular y del potencial de la toxicidad de las 
nanopartículas antes de la introducción de nanomateriales. Estos avances tecnológicos solo son 
una pequeña parte de la superficie que la nanotecnología puede ofrecer. Para el caso particular 
del glaucoma, los resultados obtenidos en diferentes investigaciones son muy alentadores 
comparados con la cifra creciente de enfermos. Aún se debe estudiar más a fondo esta 
enfermedad para comprender sus causas y poder prevenirla y atacarla con mayor facilidad. 
Dulce: Cada uno de las pruebas mencionadas afirma que hay pruebas sólidas de que las 
nanopartículas pueden ingresar a las células para administrar medicamentos para el glaucoma 
a su objetivo deseado de una manera altamente eficaz y segura a comparación con la acción 
del mismo activo libre, debido a que lo protege y lo vehiculiza, aumentando su 
biodisponibilidad. La acumulación de estos datos puede ser útil para identificar las deficiencias 
y así lograr mejoras evitando riesgos en los tratamientos. Es muy probable que para el glaucoma 
la estrategia más prometedora sea el desarrollo de la medicina regenerativa y la aplicación de 
nanotecnologías para diseñar tratamientos neuroprotectores. 
En general (ambas): Aún queda mucho por recorrer en esta aplicación de la nanotecnología, a 
nuestro punto de vista otro posible inconveniente, además de los ya hablados para estas 
soluciones sería el precio, a pesar de ello el uso de la nanotecnología y nanomedicina es un 
camino muy prometedor para la mejora de los tratamientos existentes. 
 
 
 
REFERENCIAS 
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Amireskandari, Andrew Huck, Brent Siesky. Nanotechnology and glaucoma: a review 
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 Paschalis EI, Chodosh J, Sperling RA, et al. A novel implantable glaucoma valve using 
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 Ngoi BK, Hou DX, Koh LH, et al. Femtosecond laser for glaucoma treatment: a study 
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