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Fisicoquímica

Paso libre a través de la piel

Simulaciones indican que la aplicación de un campo eléctrico estimula la formación de “burbujas” que harían de la epidermis una puerta de entrada de medicamentos al organismo

Un experimento por computadora revela el proceso de formación de las vesículas, “burbujas” que pueden transportar agua, cuando se aplica un campo eléctrico en un modelo virtual de la piel

Herculano Martinho / UFABC

Investigadores de la Universidad Federal del ABC (UFABC) llevaron a cabo simulaciones por computadora de un mecanismo biológico poco conocido que, en caso de poder controlárselo en forma satisfactoria, quizá pueda permitir el paso a través de la piel de cualquier sustancia hidrosoluble, incluso fármacos, proporcionando así un acceso directo al torrente sanguíneo. En los ensayos digitales, el grupo encabezado por el físico Herculano Martinho, del Programa de Posgrado en Nanociencias y Materiales Avanzados de la referida institución, notó que la aplicación de un pequeño campo eléctrico externo y constante sobre la piel, con una intensidad comparable a la de un peine electrizado por la fricción con el cabello, facilita el ingreso de agua –o lo que pueda llevar esta consigo– en el organismo.

Los investigadores diagramaron en una computadora un modelo de piel que entre sus diversos componentes contiene más de 300.000 átomos para estudiar su comportamiento bajo diversas condiciones. Cuando aplicaron un campo eléctrico, observaron que se formaban vesículas (membranas que se asemejan a pequeñas burbujas) con agua en su interior, que eran capaces de atravesar la barrera del epitelio, el tejido que protege y tapiza la piel de las mucosas. “Esta propiedad haría posible que los fármacos solubles en agua ‘se monten’ en esas vesículas y se los pueda enviar a órganos específicos. Existen experimentos que dan cuenta de este tipo de transporte de sustancias, pero no hay evidencias acerca de su mecanismo directo”, explica Martinho. “Hasta ahora, la única hipótesis planteada para explicar este transporte era la posible formación de poros. Nuestro trabajo indica que podría realizarse mediante la producción de vesículas”.

El estudio forma parte del proyecto de investigación de posdoctorado en la UFABC de la bióloga Neila Cristina Fonseca Machado, que se tradujo en un artículo científico que salió publicado en la revista Physical Chemistry Chemical Physics en abril de este año. También participaron en la investigación el biólogo Marcelo Christoffolete, de la UFABC, y la médica Clarissa Callegaro, una colaboradora que trabaja en una clínica particular de dermatología. El próximo paso del grupo de investigación consistirá en validar el modelo digital en experimentos de laboratorios, con pieles artificiales, corrientes eléctricas reales y membranas de difusión transdérmicas, que podrían desempeñar un papel similar al de las vesículas.

El conocimiento más pormenorizado del funcionamiento de la permeabilidad de la piel supone una ampliación del potencial de desarrollo de medicamentos y terapias que podrían minimizar los efectos colaterales propios de la administración de los fármacos por vía oral. Desde esta nueva perspectiva, la piel ya no se considera solamente como una barrera natural que impide el ingreso de compuestos extraños al organismo y pasa a ser considerada también como una posible puerta de entrada para tratamientos farmacológicos personalizados, en el campo de lo que se ha llamado medicina de precisión.

Responsable del modelado de las moléculas de la piel virtual, Fonseca Machado explica que el trabajo fue más allá de la mera observación del paso del agua del exterior al interior de la piel. “También demostramos que, alterando la intensidad de la corriente eléctrica, puede controlarse la permeabilidad del tejido, un dato valioso para la industria farmacéutica y cosmética”, dice la bióloga.

Por su parte, Martinho relata que su equipo descubrió la permeabilidad inducida de la piel por pura casualidad, cuando estaban investigando otro tema. La idea inicial del proyecto era estudiar el proceso de envejecimiento y sus consecuencias. Para ello, realizaron una simulación de una piel virtual expuesta a la radiación solar y a diversas longitudes de onda de la luz. “Probamos innumerables variantes hasta que decidimos aplicar un campo eléctrico constante. Entonces apareció algo que no esperábamos”, recuerda el físico.

La simulación generaba estructuras capaces de transportar agua de la superficie de la piel hacia su interior: las insospechadas vesículas. Siempre se ha considerado a la piel como un tejido impermeable, pero los ensayos digitales descritos en el artículo sugieren que, bajo ciertas condiciones, esta propiedad puede alterarse. “Comenzamos a investigar si efectivamente no había en la literatura científica informes acerca de esta propiedad cutánea, y descubrimos que en el campo de la electroforesis [una técnica que se utiliza para separar las moléculas en función de su tamaño y carga eléctrica] existen trabajos experimentales; pero el mecanismo biológico involucrado en el transporte de sustancias a través de la piel, por vía tópica, era algo desconocido”, relata Martinho.

La aplicación de campos eléctricos en la piel no es una novedad absoluta en disciplinas tales como la fisioterapia y la dermatología, especifica Callegaro. “Existe una técnica denominada iontoforesis, que recurre a campos eléctricos para estimular una mayor absorción de fármacos a través de la piel. Es algo que se ha aplicado, por ejemplo, para el tratamiento de la hiperhidrosis, que consiste en el exceso de sudoración en las axilas, pies y manos”, dice la dermatóloga. “Sabemos que la iontoforesis funciona, empero, antes de este estudio, desconocíamos cómo ocurría a nivel molecular”. Fonseca Machado recuerda que, cuando detectaron una estructura extraña al visualizar la piel virtual en sus simulaciones, enseguida se pusieron en contacto con la médica para verificar si no se trataba de algún error del modelo virtual. Pero no lo era, se trataba de las vesículas.

Proyecto
Estudio y desarrollo de nuevos materiales avanzados: electrónicos, magnéticos y nanoestructurados: un abordaje interdisciplinario (nº 11/19924-2). Modalidad Proyecto Temático; Investigador responsable Carlos Rettori (UFABC); Inversión R$ 4. 531.979,87

Artículo científico
MACHADO. N. et al. Tuning the transdermal transport by application of external continuous electric field: A coarse-grained molecular dynamics study. Physical Chemistry Chemical Physics. v. 24, n. 14. abr. 2021.

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