Los hidrogeles son estructuras poliméricas, de alto contenido en agua, consistencia blanda y elástica, con una gran capacidad de absorción y que no se disuelven en ningún líquido. Sus aplicaciones son diversas; desde la jardinería a indicaciones médicas como el tratamiento de heridas o la liberación de fármacos. De hecho, estos polímeros, considerados desde hace años una de las mejores vías de liberación de fármacos en el cuerpo, han demostrado tener muy buenas características de biocompatibilidad y unas propiedades físicas que los hacen semejantes a los tejidos vivos.
Imagen: M. Weir/American Dental Association Foundation
Los hidrogeles son, desde hace años, muy populares en el ámbito de la jardinería. Aunque tienen muchas aplicaciones, su función principal en este ámbito es crear una reserva de agua disponible para las plantas conforme éstas lo requieran, mediante la liberación controlada de agua. La principal característica de estos hidrogeles más tradicionales, que físicamente son como perlas de agua blandas y elásticas, es que tienen una capacidad de absorción muy grande: un kg de hidrogel puede contener más de 200 litros de agua de lluvia.
Por el contrario, no se disuelven en agua y, además, pueden alterarse y controlarse de manera fácil para regular la velocidad de liberación de la sustancia que se halle en su interior. Con esta facilidad para controlar su funcionamiento, no es de extrañar que su uso se haya extendido rápido a otras disciplinas, como la biomedicina.
Superando dificultades
Un ejemplo de uso en el ámbito médico es la liberación de los hidrogeles en el interior del organismo para el tratamiento de enfermedades como el cáncer. El procedimiento es, en teoría, sencillo. El polímero, en el caso del hidrogel, se carga con un fármaco que puede liberarse tras detectar cambios externos (cambios de luz, de temperatura o de pH). El objetivo es parecido al de los usados para las plantas: lograr más tiempo de efectividad en las terapias controlando la dosis (las sobredosis y las «subdosis») cuando el organismo lo requiera.
El hidrogel atraviesa la membrana de las células cancerígenas y, una vez en su interior, libera el fármaco
En el ámbito médico se añaden dos requerimientos específicos más. El primero, liberar el fármaco sólo en las zonas afectadas por la enfermedad, es decir, «personalizar la liberación». En segundo lugar, controlar el tamaño del hidrogel para no obstruir las vías sanguíneas. Estas dos condiciones para el uso de hidrogeles en biomedicina son precisamente las dos dificultades detectadas por los especialistas para lograr su eficacia completa.
Los tratamientos actuales no consiguen aún diferenciar entre células sanas y enfermas, de manera que todas se ven afectadas por el método terapéutico. Y aunque se consiga superar este primer escollo, hay también otro problema que presentan los hidrogeles actuales: su tamaño molecular. La manera más efectiva de administrar fármacos es por vía sanguínea, ya que la sangre llega a las zonas afectadas en muy poco tiempo, pero no se pueden inyectar moléculas muy grandes porque pueden obstruir las vías o provocar problemas en el organismo, como angina de pecho e, incluso, infarto agudo de miocardio.
Es imprescindible, por tanto, que los hidrogeles para uso terapéutico estén formados por partículas lo suficientemente pequeñas como para no obstruir venas ni arterias y que, además, no puedan ser detectadas por los glóbulos blancos (con función de combatir infecciones o cuerpos extraños), ya que las atacarían y les provocarían un aumento de volumen, surgiendo el problema del tamaño.
Hacia la célula tumoral
Un equipo de investigación de la Universidad del País Vasco (UPV/EHU), dirigido por Issa A. Katime, pionero desde hace años en la investigación con hidrogeles, podría haber dado con la solución a ambos problemas mediante el desarrollo de una nueva tecnología para la aplicación médica: hidrogeles a escala nanométrica, es decir, nanohidrogeles. Hasta ahora, estos investigadores, del grupo de investigación de Nuevos Materiales y Espectroscopia Supramolecular de la Facultad de Ciencia y Tecnología, ya utilizaban los hidrogeles para liberar fármacos de manera controlada en enfermos de cáncer.
La principal característica de este nuevo hallazgo es que estos nanohidrogeles son «inteligentes», es decir, son capaces de detectar las células enfermas y liberar el fármaco sólo allí donde es necesario. La inteligencia de estos nuevos nanohidrogeles se basa en la detección de los cambios de pH en la sangre, ya que el nivel de acidez es diferente en las células sanas y las cancerígenas. En estado normal, la sangre tiene un pH de 7,4, mientras que en la zona donde se localiza un cáncer el pH se reduce hasta 5,2-4,7.
El hidrogel, tras detectar el cambio en el pH, atraviesa las membranas de las células cancerígenas «engañándolas» tal caballo de Troya (una trampa) para después hincharse en su interior y, finalmente, liberar el fármaco. En referencia al tamaño de los hidrogeles, este nuevo hallazgo podría garantizar la solución al problema. Cuando se crea un polímero, como es el caso de los hidrogeles, los tamaños de las partículas que lo forman son a menudo muy distintos.
El objetivo es crear, por tanto, hidrogeles con partículas del mismo tamaño que puedan transportar el fármaco correspondiente. Si estos deben inyectarse en el cuerpo humano, las partículas no pueden superar los 15-30 nanómetros (15-30×10-9 m). Los investigadores lo han conseguido mediante una técnica que ha permitido obtener nanopartículas de tamaños muy parecidos. Hacen falta, sin embargo, pruebas «in vivo» que ya se están llevando a cabo entre las universidades Complutense de Madrid y la UPV/EHU.
Desde el punto de vista farmacológico, las principales ventajas de los sistemas de liberación controlada con hidrogeles son el control continuo de los niveles de fármaco, de los efectos no deseados y de las dosis excesivas, la protección de la degradación de aquellos fármacos que presentan tiempos pequeños de vida “in vivo” y una disminución de los costes derivados de un mejor aprovechamiento del fármaco.
Estas y otras ventajas han llevado a los hidrogeles a usarse en varios campos de la biomedicina: lentes de contacto, prótesis en tejidos (implantes cerebrales, reproducción de tejido cartilaginoso o cirugía reconstructiva), prótesis de conductos humanos (uréter, conductos biliares y esófago), revestimiento de suturas y curación de heridas, cirugía (desprendimientos de retina, cirugía de cornea o corrección de glaucomas) o hemodiálisis, entre otros.
Durante los próximos años los hidrogeles podrían convertirse también en potenciales regeneradores de tejidos. En 2007 científicos estadounidenses ya crearon un nuevo material biológico basado en hidrogeles con sorprendentes propiedades antibacterianas. Este biomaterial podía inyectarse como un gel de baja viscosidad en una herida y quedarse rígido al entrar en contacto. Este invento abre la puerta a la posibilidad de enviar una carga prevista de células y antibióticos a reparar un tejido dañado. Es un ámbito en el que se sigue trabajando.
