📄 chemistry

Development, Hirshfeld surface analysis, DFT calculations and biological evaluation of Neratinib loaded Co-crystals for solubility enhancement

Este estudio desarrolló y optimizó con éxito cocristales de neratinib–ácido 3-hidroxibenzoico mediante el diseño racional y cálculos de la DFT, logrando mejoras significativas en la solubilidad, disolución y citotoxicidad contra células de cáncer de mama HER2-positivas en comparación con el fármaco puro.

Autores originales: Rohit Sonawane, Amol Rakte, Jyotiraditya Fiske, Sanjay Arote

Publicado 2026-07-07

📖 5 min de lectura🧠 Análisis profundo

CC BY 4.0

Autores originales: Rohit Sonawane, Amol Rakte, Jyotiraditya Fiske, Sanjay Arote

Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ Esta es una explicación generada por IA del artículo a continuación. No ha sido escrita ni avalada por los autores. Para mayor precisión técnica, consulte el artículo original. Leer descargo de responsabilidad completo

El Problema: La medicina "atascada"

Imagina al Neratinib como un superhéroe diseñado para combatir un tipo específico de cáncer de mama (HER2-positivo). Este superhéroe es increíblemente poderoso, pero tiene un fallo importante: es como una piedra grasienta que se niega a disolverse en agua.

Debido a que el cuerpo humano es mayoritariamente agua, este medicamento se queda atascado en el estómago y no puede entrar en el torrente sanguíneo para hacer su trabajo. El artículo señala que el fármaco es prácticamente insoluble (se disuelve menos de 0.002 mg/mL). Es como intentar lavar una sartén grasienta usando solo un paño seco; el medicamento simplemente se queda ahí, incapaz de llegar a las células cancerosas.

La Solución: La "Danza de Cristales" (Co-cristales)

En lugar de cambiar la composición química del superhéroe (lo que podría romper sus poderes), los investigadores decidieron darle una pareja de baile. Crearon un co-cristal.

Imagina al medicamento (Neratinib) como un bailarín tímido que no quiere salir a la pista. Los investigadores introdujeron una pareja llamada ácido 3-hidroxibenzoico (un producto químico seguro y común). Cuando los mezclaron de una forma específica, formaron una nueva estructura cristalina estable donde las dos moléculas se sujetan fuertemente mediante "enlaces de hidrógeno" (como un apretón de manos firme).

Esta nueva asociación cambió la personalidad del medicamento. Así como una persona tímida puede volverse más extrovertida cuando se empareja con un amigo seguro de sí mismo, la nueva estructura cristalina se volvió mucho más dispuesta a disolverse en agua.

El Trabajo de Detective: Cómo encontraron al socio adecuado

Los investigadores no se limitaron a adivinar; utilizaron un proceso de detective de tres pasos:

La Prueba de Vestuario Virtual (Acoplamiento Molecular): Antes de mezclar productos químicos en un laboratorio, utilizaron un software informático para simular cómo diferentes socios potenciales se darían la mano con el Neratinib. Probaron cinco socios diferentes en distintas proporciones.
- El Resultado: El ácido 3-hidroxibenzoico fue el claro ganador. Sujetaba con más fuerza (mayor energía de unión) y formó la "pareja de baile" más estable.
El Chequeo Electrónico (Cálculos DFT): Utilizaron matemáticas avanzadas (Teoría del Funcional de la Densidad) para observar los niveles de energía de las moléculas.
- La Analogía: Imagina que el medicamento puro tiene un muro grueso y pesado que bloquea su energía. Cuando se empareja con el nuevo socio, ese muro se encogió hasta casi desaparecer. Esta "brecha de energía" se volvió diminuta, lo que significa que el nuevo cristal era mucho más reactivo y estaba listo para interactuar con el cuerpo.
La Receta Perfecta (Diseño Factorial): Sabían que simplemente mezclarlos no era suficiente; necesitaban la receta perfecta. Probaron diferentes cantidades del socio y diferentes tiempos de agitación (como hornear un pastel).
- El Ganador: El mejor lote (llamado PF9) utilizó una cantidad específica del socio y se agitó durante 90 minutos. Esto creó el cristal más efectivo.

Los Resultados: Una Transformación

Cuando probaron este nuevo cristal "PF9", los resultados fueron dramáticos:

Solubilidad: El nuevo cristal se disolvió 12.4 veces mejor que el medicamento original. Pasó de ser "prácticamente insoluble" a disolverse lo suficiente como para ser útil.
Velocidad de Disolución: En una prueba que simulaba el estómago, el nuevo cristal liberó el 84.6% del fármaco en una hora, comparado con solo el 18.4% del original. Fue como abrir una compuerta en lugar de un goteo.
Combate al Cáncer: Cuando probaron este nuevo cristal en células cancerosas en un plato de cultivo, fue 1.3 veces más eficaz matando las células que el fármaco puro. Debido a que el fármaco podía disolverse mejor, una mayor cantidad llegó realmente a las células cancerosas para hacer su trabajo.

La "Huella Dactilar" y la Estabilidad

Para demostrar que realmente habían fabricado un nuevo cristal y no solo una mezcla, utilizaron microscopios y rayos X de alta tecnología:

Rayos X (PXRD): El fármaco original parecía una red cristalina perfecta y nítida. El nuevo fármaco parecía un montículo amorfo y suave. Este cambio de estructura confirmó que la asociación era real.
Microscopio (SEM): Bajo el microscopio, el fármaco original parecía piedras lisas y pulidas. El nuevo fármaco parecía rocas rugosas y dentadas. Esta rugosidad ayuda a que se disuelva más rápido.
Estabilidad: Dejaron el nuevo cristal en una caja caliente y húmeda durante seis meses (simulando una larga vida útil en estante). Se mantuvo estable, no cambió de color y conservó su capacidad de disolverse. Era un socio resistente y fiable.

Conclusión

Los investigadores lograron convertir una "piedra grasienta" (Neratinib) en una "esponja soluble en agua" al emparejarla con un socio químico seguro (ácido 3-hidroxibenzoico).

Lo que el artículo afirma:

Desarrollaron una nueva formulación de co-cristal.
Mejora significativamente la forma en que el fármaco se disuelve y se libera en el cuerpo.
Muestra mejores resultados en la muerte de células cancerosas en un plato de laboratorio en comparación con el fármaco puro.
Es estable a lo largo del tiempo.

El artículo concluye que esto es un paso prometedor para hacer que el medicamento funcione mejor para los pacientes, pero establece explícitamente que se necesitan estudios futuros en animales vivos (in vivo) para confirmar estos resultados antes de que pueda utilizarse como tratamiento clínico.

Resumen Técnico: Desarrollo y Evaluación de Cocristales de Neratinib–Ácido 3-Hidroxibenzoico para la Mejora de la Solubilidad

Planteamiento del Problema
El neratinib, un inhibidor de la tirosina quinasa pan-HER utilizado para el tratamiento del cáncer de mama HER2-positivo, está clasificado como un fármaco de la Clase II del Sistema de Clasificación Biofarmacéutica (BCS). Sufre de una solubilidad acuosa extremadamente pobre (<0,002 mg/mL a pH fisiológico), lo que limita severamente su biodisponibilidad oral, provoca respuestas biológicas heterogéneas y dificulta la eficacia terapéutica. Aunque el mecanismo de unión irreversible del fármaco ofrece ventajas sobre los inhibidores reversibles, sus limitaciones fisicoquímicas requieren intervenciones farmacéuticas para mejorar su desempeño biofarmacéutico sin alterar su estructura molecular covalente ni su actividad farmacológica.

Metodología
El estudio empleó un enfoque sistemático de "computacional a experimental" para diseñar, optimizar y caracterizar los cocristales de neratinib.

Tamizaje Computacional: Se evaluaron cinco coformadores potenciales (nicotinamida, ácido succínico, ácido maleico, ácido fumárico y ácido 3-hidroxibenzoico) en proporciones molares de 1:1, 1:2 y 1:3 utilizando el software SynthonDock. El acoplamiento molecular predijo las afinidades de unión y las energías de interacción.
Caracterización Teórica: Se realizaron cálculos de la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT) al nivel B3LYP/6-31G(d,p) para analizar las propiedades electrónicas, las brechas de energía HOMO–LUMO y las energías de interacción del complejo seleccionado de neratinib–ácido 3-hidroxibenzoico.
Optimización Experimental: Basándose en los ensayos preliminares, se seleccionó el ácido 3-hidroxibenzoico como el coformador óptimo. Se utilizó un diseño factorial $3^2$ para optimizar la preparación del cocristal mediante evaporación de solvente. Las variables independientes fueron la concentración de ácido 3-hidroxibenzoico (24,8–74,4 mg) y el tiempo de agitación (30–90 min). Las respuestas dependientes fueron la solubilidad de equilibrio y la liberación acumulada del fármaco a los 60 minutos.
Caracterización: Los lotes optimizados se caracterizaron mediante Difracción de Rayos X de Polvo (PXRD), Espectroscopía de Infrarrojo por Transformada de Fourier (FTIR), Calorimetría de Barrido Diferencial (DSC), Microscopía Electrónica de Barrido (SEM) y análisis de superficie de Hirshfeld.
Evaluación Biológica: La citotoxicidad in vitro se evaluó contra células de cáncer de mama SK-BR-3 (HER2-positivo) mediante un ensayo MTT. Se realizaron estudios de estabilidad bajo condiciones aceleradas (40 °C/75% HR) durante seis meses.

Resultos Clave

Selección de Coformador: El acoplamiento molecular identificó al ácido 3-hidroxibenzoico como el coformador superior, exhibiendo la energía de unión más favorable (−10,05 kcal/mol en una relación 1:3) y la puntuación de cocristal más alta (90,5).
Análisis DFT: El complejo de neratinib–ácido 3-hidroxibenzoico demostró una brecha de energía HOMO–LUMO significativamente reducida (0,4324 eV) en comparación con el neratinib puro (3,3072 eV), lo que indica una mayor reactividad molecular e interacciones favorables de transferencia de carga.
Optimización: El diseño factorial $3^2$ reveló que la concentración de ácido -3-hidroxibenzoico fue el factor más influyente tanto para la solubilidad como para la liberación del fármaco. El lote optimizado (PF9), preparado con 74,4 mg de coformador y 90 minutos de agitación, arrojó los mejores resultados.
Mejoras Fisicoquímicas:
- Solubilidad: El cocristal optimizado logró un aumento de 12,4 veces en la solubilidad de equilibrio (0,112 mg/mL) en comparación con el neratinib puro (0,009 mg/mL) en tampón fosfato pH 6,8.
- Disolución: La liberación acumulada de fármaco a los 60 minutos mejoró de 18,4% (fármaco puro) a 84,6% (cocristal), lo que representa una mejora de 4,6 veces.
- Propiedades de Estado Sólido: PXRD y DSC confirmaron la formación de una nueva fase sólida con reducción de la cristalinidad (carácter parcialmente amorfo) y un desplazamiento distintivo del punto de fusión (153–155 °C). SEM reveló un cambio en la morfología de cristales lisos a partículas agregadas irregulares con superficies rugosas (1–5 μm).
Actividad Biológica: El cocristal optimizado (PF9) exhibió una actividad anticancerígena in vitro mejorada contra células SK-BR-3, con un valor de IC50 de 18,46 μg/mL en comparación con 24,18 μg/mL para el neratinib puro (una mejora de 1,3 veces). El ácido 3-hidroxibenzoico por sí mismo mostró baja citotoxicidad (IC50 > 100 μg/mL).
Estabilidad: La formulación demostró una estabilidad satisfactoria durante seis meses bajo condiciones aceleradas, sin cambios significativos en el contenido de fármaco, punto de fusión, solubilidad o perfil de disolución.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo sostiene que el desarrollo de cocristales de neratinib–ácido 3-hidroxibenzoico representa una estrategia farmacéutica clínicamente relevante para superar las limitaciones de solubilidad de los fármacos de la Clase II del BCS. Al integrar la selección racional de coformadores, el análisis DFT y la optimización mediante diseño factorial, el estudio logró mejorar el potencial de biodisponibilidad oral y la eficacia terapéutica del neratinib. Los autores afirman que las mejoras observadas en la solubilidad y la disolución se correlacionan directamente con la actividad citotóxica mejorada observada en las células de cáncer de mama HER2-positivo. El estudio concluye que esta formulación de cocristal ofrece un enfoque estable y eficaz para mejorar la adherencia del paciente y los resultados terapéuticos en el cáncer de mama HER2-positivo, lo que justifica la realización de estudios adicionales de farmacocinética y eficacia in vivo para su traslación clínica.