Ionotropic Gelation Synthesis of Berberine Loaded Alginate Nanoparticles with Physicochemical Characterization and Multifunctional Biological Activities

La naturaleza suele proporcionar las herramientas más eficaces para la curación, ocultas dentro de las raíces y los tallos de plantas comunes. Una de estas sustancias es la berberina, un compuesto de color amarillo brillante que se encuentra en plantas como el berberis, del cual los científicos saben desde hace tiempo que posee una amplia gama de poderes medicinales. Puede combatir infecciones, reducir la inflamación en el cuerpo e incluso frenar el crecimiento de células cancerosas. Sin embargo, a pesar de su potencial, la berberina enfrenta un obsto significativo: al cuerpo humano le cuesta absorberla. Cuando se toma en forma de píldora estándar, gran parte de ella pasa a través del sistema digestivo sin ser utilizada, o se descompone demasiado rápido para ser efectiva. Además, administrarla directamente en el torrente sanguíneo puede ser difícil porque la sustancia no se disuelve bien en agua y, en ocasiones, puede irritar el intestino. Para resolver este problema, los investigadores están recurriendo al campo de la administración de fármacos, específicamente utilizando diminutos transportadores llamados nanopartículas. Estas son esferas microscópicas, tan pequeñas que miles podrían caber en la cabeza de un alfiler, diseñadas para actuar como vehículos protectores. Pueden transportar una medicina de forma segura a través del cuerpo, protegerla de la descomposición y liberarla lentamente a lo largo del tiempo, asegurando que el fármaco llegue al lugar adecuado y permanezca allí el tiempo suficiente para funcionar.

En un estudio reciente, un equipo de científicos de la Universidad de Ciencias Médicas de Semnan, en Irán, se propuso crear un nuevo tipo de estos diminutos vehículos específicamente para la berberina. Eligieron construir sus portadores a partir de alginato de sodio, una sustancia natural derivada de la algas pardas que es segura para el cuerpo y se descompone fácilmente. Los investigadores utilizaron un método llamado gelación ionotrópica, que es esencialmente un proceso de mezcla de dos líquidos para formar perlas sólidas de consistencia gelatinosa. Disolvieron el extracto de alga y la berberina en agua, y luego gotearon cuidadosamente esta mezcla en una solución que contenía cloruro de calcio. Al caer las gotas en el calcio, se endurecieron instantáneamente en diminutas nanopartículas redondas, atrapando la berberina en su interior. Para ayudar a mantener estas partículas estables y uniformes durante su creación, el equipo también añadió una pequeña cantidad de miel natural, que actuó como estabilizador antes de ser lavada. El resultado fue un lote de esferas microscópicas, cada una de un tamaño similar, cargadas con la medicina y listas para ser probadas.

Los investigadores primero comprobaron si la berberina estaba realmente dentro de las partículas y si la estructura era sólida. Confirmaron que el fármaco estaba atrapado con éxito, con casi el 92 por ciento de la berberina inicial terminando dentro de las nanopartículas. También midieron cómo se comportaban las partículas en un líquido, encontrando que tenían una ligera carga eléctrica negativa, lo que las ayuda a mantenerse separadas entre sí en lugar de agruparse. El hallazgo más prometedor, sin embargo, fue cómo el fármaco salía de las partículas. En lugar de descargar toda la medicina de golpe, lo cual es un problema común con muchos portadores de fármacos, estas esferas de alginato liberaban la berberina muy lentamente. Durante un período de dos semanas, solo se liberó aproximadamente el 10 por ciento del fármaco. Esta filtración lenta y constante es exactamente lo que los médicos suelen buscar, ya que significa que la medicina puede permanecer en un nivel terapéutico en el cuerpo durante mucho tiempo sin necesidad de dosis frecuentes.

Con las propiedades físicas confirmadas, el equipo pasó a ver cómo interactuaban estas partículas con las células vivas. Probaron las nanopartículas en dos tipos de células: células formadoras de hueso sanas y células cancerosas que crecen en el hueso. Cuando expusieron las células óseas sanas a las partículas, las células se mantuvieron fuertes y activas, con más del 70 por ciento sobreviviendo incluso a concentraciones altas del fármaco. Esto sugirió que el portador en sí era seguro y no dañaba el tejido normal. Más importante aún, los investigadores descubrieron que las partículas cargadas con berberina en realidad fomentaban que las células óseas sanas maduraran y construyeran hueso. A una concentración específica, las partículas estimularon a las células para producir más proteínas y minerales necesarios para la formación de tejido óseo duro. Esto indica que el sistema de administración no solo protegió el fármaco, sino que también ayudó a que funcionara mejor estimulando el crecimiento óseo.

El estudio también analizó la capacidad de las partículas para combatir la inflamación y el cáncer. Cuando los investigadores introdujeron las partículas en un montaje diseñado para imitar un entorno inflamado, observaron una reducción en las señales químicas que causan la hinchazón. Las partículas fueron particularmente efectivas para reducir los niveles de un marcador inflamatorio específico, lo que sugiere que podrían ayudar a calmar los tejidos irritados. Al probarlas contra células cancerosas, las partículas mostraron una fuerte capacidad para detener el crecimiento de las células. Las células cancerosas expuestas a las partículas se volvieron menos activas y finalmente murieron, con un efecto que se intensificaba cuanto más tiempo estaban expuestas las células. Esto confirmó que las nanopartículas podían entregar con éxito la berberina dentro de las células cancerosas, donde podía realizar su función. El equipo también comprobó qué tan bien entraban las partículas en las células, utilizando un potente microscopio para tomar fotografías. Vieron que las diminutas esferas no solo se asentaban en la superficie de las células, sino que estaban realmente dentro de ellas, demostrando que el sistema de administración funcionaba según lo previsto para llevar la medicina a donde era necesaria.

Finalmente, los investigadores probaron si estas partículas podían combatir las bacterias, una preocupación común en las infecciones óseas. Expusieron dos tipos de bacterias a las partículas: una que es generalmente más fácil de eliminar y otra que es más resistente. Las partículas mostraron una capacidad moderada para detener el crecimiento de la bacteria más fácil de eliminar y un efecto ligero sobre la más resistente. Aunque no eliminaron completamente las bacterias en el corto tiempo de la prueba, los resultados fueron consistentes con la naturaleza de liberación lenta de las partículas. Debido a que el fármaco se liberaba gradualmente en lugar de todo a la vez, la concentración inicial no fue lo suficientemente alta como para matar a las bacterias instantáneamente, pero mantuvo una presencia que podría ser útil durante un período más largo. El estudio concluye que estas nanopartículas basadas en algas son una forma segura y eficaz de transportar berberina. Protegen el fármaco, lo liberan lentamente y ayudan a que funcione mejor contra problemas óseos, la inflamación y el cáncer, ofreciendo un nuevo camino prometedor para tratar afecciones donde el cuerpo necesita un suministro constante y duradero de medicina.