Diseño y caracterización de nanopartículas poliméricas de Epigalocatequina-3-galato para el tratamiento de enfermedades del sistema nervioso central

Abstract

Las enfermedades del sistema nervioso central (SNC) engloban a un conjunto de patologías de elevada gravedad debido a la importancia de este sistema para el organismo. La Epilepsia del Lóbulo Temporal (TLE) y la Enfermedad de Alzheimer (EA) son unas de las enfermedades de este grupo con mayor prevalencia, las cuales afectan actualmente a unos 50 millones de personas en todo el mundo. Debido a la falta de tratamientos eficaces para ambas patologías, surge la necesidad de buscar nuevas moléculas para su tratamiento. Uno de los compuestos que mayor interés ha suscitado en la última década por sus numerosas propiedades es la Epigalocatequina-3-galato (EGCG), pero sus problemas de estabilidad y biodisponibilidad comprometen su éxito terapéutico. La encapsulación de este tipo de moléculas en sistemas de liberación controlada de fármacos, como las nanopartículas poliméricas (NPs), es una de las alternativas farmacológicas más utilizadas para solventar estos problemas y aumentar con ello su efectividad terapéutica. En este contexto, en la presente tesis doctoral se desarrollaron dos nanovehículos de EGCG asociado a una matriz polimérica de PLGA-PEG para su evaluación en dos modelos preclínicos de ratón de la TLE y la EA. Los resultados obtenidos evidenciaron que ambos sistemas nanoestructurados mostraban características fisicoquímicas óptimas que aumentaban la estabilidad del EGCG y garantizaban una liberación sostenida del fármaco para su administración in vivo. Ambos sistemas no mostraron signos de citotoxicidad en diferentes líneas celulares y evidenciaron una protección de la integridad de la barrera hematoencefálica (BHE) respecto a los efectos perjudiciales del fármaco libre. Los ensayos de paso de barrera evidenciaron una penetración de la BHE por parte de estos sistemas tanto en un modelo in vitro como in vivo. Del mismo modo, los resultados de farmacocinética y biodistribución mostraron un aumento de la permanencia en el organismo respecto al fármaco libre y el alcance de las zonas cerebrales más profundas por parte del nanovehículo. Finalmente, en los ensayos de eficacia, ambos sistemas nanoestructurados demostraron ser más efectivos que el fármaco libre. En el estudio de la TLE, el fármaco mostró poseer una actividad anticonvulsiva evidente, reduciendo en mayor medida los procesos de neuroinflamación y muerte neuronal cuando se administró encapsulado en las NPs. En el estudio de la EA, los resultados obtenidos pusieron de relieve una mejora estadísticamente significativa de los procesos cognitivos y de memoria en los ratones transgénicos APP/PS1 (modelo de la EA) tratados con NPs de EGCG respecto a aquellos que recibieron el fármaco libre. Así mismo, estos ratones mostraron una disminución de la neuroinflamación en diferentes áreas cerebrales, disminución de los depósitos de placas β- amiloide (βA), disminución de los niveles del péptido βA42 (tanto soluble como insoluble) y un

aumento de las sinapsis, muy superiores en todos ellos a los encontrados en los ratones tratados con fármaco libre. En definitiva, los resultados obtenidos en esta tesis doctoral sugieren que la administración de nanopartículas poliméricas de EGCG podría constituir una nueva alternativa terapéutica, segura y eficaz para el tratamiento de la TLE, la EA y otras enfermedades del SNC.

Central nervous system (CNS) diseases include a group of pathologies of high severity due to the importance of this system for the body. Temporal Lobe Epilepsy (TLE) and Alzheimer's disease (AD) are some of these neurological diseases which currently affect around 50 million people worldwide. Due to the lack of effective treatments for both pathologies, there is a need to find new molecules for their treatment. Epigallocatechin-3-gallate (EGCG) is one of the compounds most studied nowadays due to its multiple properties, but its stability and bioavailability problems compromise its therapeutic success. The encapsulation of this type of molecules in controlled drug delivery systems, as polymeric nanoparticles, is one of the most used pharmacological alternatives to solve these obstacles and thus improve their therapeutic effectiveness. In this context, in the present doctoral thesis, two EGCG PLGA-PEG nanovehicles were developed for their evaluation in two mouse models of TLE and AD. The results obtained showed that both nanosystems exhibited optimal physicochemical characteristics that increased the stability of the EGCG, guaranteed a sustained release of the drug, did not show cytotoxic effect and protected blood-brain barrier (BBB) integrity. Likewise, the BBB permeation assays evidenced a concentration dependent penetration by these systems, and pharmacokinetics/biodistribution results showed an increase of the bloodstream permanence with respect to the free drug reaching the deepest cerebral regions. Finally, in the in vivo evaluation of their effectiveness, both nanostructured systems proved to be more effective than the free drug. In the study of TLE, the drug exhibited anticonvulsant activity, reducing to a greater extent the processes of neuroinflammation and neuronal death when it was administered encapsulated in the NPs. In the study of AD, the obtained results showed a statistically significant improvement of the cognitive and memory processes in the APP/PS1 transgenic mice (EA model) treated with the drug encapsulated nanosystem with respect to those that received the free drug. Likewise, those mice showed a decrease in neuroinflammation in different brain areas, a decrease of β-amyloid (Aβ) plaques, a decrease of soluble and insoluble Aβ42 peptide levels and an increase in synapsis expression, higher than those mice treated with free drug. In conclusion, the results obtained in this doctoral thesis suggest that the administration of polymeric nanoparticles of EGCG could be a new, safe and effective therapeutic alternative for the treatment of TLE, AD and other CNS diseases.