La búsqueda de métodos eficaces y no invasivos para administrar medicamentos y tratar enfermedades ha llevado al desarrollo de tecnologías innovadoras. Entre estas tecnologías, la electroporación ha surgido como una herramienta revolucionaria con aplicaciones sorprendentes en diversos campos.
La electroporación es una técnica que utiliza pulsos eléctricos de alto voltaje y corta duración para, temporalmente, modificar la permeabilidad de las membranas celulares, permitiendo la entrada de moléculas terapéuticas, principios activos o material genético en el interior de las células.
En el sector al que pertenecemos, la electroporación transdérmica ha supuesto una revolución en la medicina estética, debido a su eficacia, facilidad de uso y rápidos resultados.
Sin embargo, esta técnica también ha demostrado ser una herramienta versátil y eficaz para diversas aplicaciones en el campo de la medicina y la biotecnología. A continuación, repasamos sus aplicaciones más interesantes.
Origen de la electroporación
Aunque parece una tecnología reciente, lo cierto es que fue descubierta en la década de 1970 por los científicos alemanes Pohl y Suessmilch. Estos observaron que al aplicar pulsos eléctricos a las células, se producían cambios en la estructura de las membranas celulares, abriendo temporalmente pequeños poros en ellas, que permitían el paso de moléculas que normalmente no podrían atravesar la barrera lipídica de la membrana celular.
El proceso de electroporación se basa en dos mecanismos principales: la electrorepulsión y la electroosmosis. Durante la electrorepulsión, los pulsos eléctricos inducen una fuerza repulsiva que provoca la formación de poros en la membrana celular. Por otro lado, durante la electroosmosis, los pulsos eléctricos generan un flujo de solvente a través de los poros, facilitando el transporte de moléculas hacia el interior celular.
Usos de la electroporación en medicina y biotecnología
Gracias a su capacidad para abrir nuevas fronteras en la investigación y el tratamiento de enfermedades, la electroporación se posiciona como una tecnología prometedora con un potencial significativo.
Administración de fármacos
Uno de los grandes avances de la electroporación es su capacidad para mejorar la administración de fármacos. Mediante la aplicación de pulsos eléctricos, la electroporación abre temporalmente la membrana celular, permitiendo la entrada de moléculas terapéuticas de mayor tamaño y carga eléctrica a través de la barrera lipídica.
Esta técnica ha arrojado resultados prometedores en la administración de medicamentos, especialmente en tratamientos contra el cáncer, enfermedades cutáneas y enfermedades genéticas.
Un ejemplo de esto lo tenemos en el tratamiento del cáncer de piel, específicamente en el caso de carcinoma de células basales y carcinoma de células escamosas. Estas formas de cáncer de piel a menudo se tratan con terapia tópica, y la electroporación ha demostrado ser una opción efectiva para mejorar la penetración de los medicamentos y aumentar su eficacia.
En este caso, se utiliza un gel o crema que contiene el fármaco anticancerígeno. Luego, se aplican electrodos en la zona afectada de la piel y se generan pulsos eléctricos de corta duración y alta intensidad. Estos pulsos eléctricos abren temporalmente los poros en las células de la piel, permitiendo una mayor entrada del fármaco a través de la barrera lipídica.
La electroporación mejora significativamente la entrega del fármaco al tumor cutáneo, lo que puede aumentar su eficacia y reducir los efectos secundarios sistémicos asociados con los tratamientos convencionales. Además, se ha observado que esta técnica puede aumentar la penetración de los medicamentos en las capas más profundas de la piel, lo que es especialmente relevante en lesiones tumorales más invasivas.
Terapia génica
Antes de llegar al sector estético, la investigación médica observó la valiosa que podía ser la electroporación para la terapia génica, como instrumento para tratar enfermedades hereditarias o adquiridas a nivel genético.
Mediante la aplicación de pulsos eléctricos a las células objetivo, es posible introducir de manera segura y eficiente ácidos nucleicos, como ADN o ARN, en el interior de las células. Esto abre un mundo lleno de posibilidades, ya que permite la transferencia de material genético a las células afectadas, es decir otorga la capacidad de corregir mutaciones genéticas o activar genes específicos para el tratamiento de enfermedades como el cáncer, trastornos metabólicos y enfermedades genéticas raras.
La distrofia muscular de Duchenne es una enfermedad genética degenerativa y debilitante causada por una mutación en el gen que codifica la proteína distrofina. En pacientes con esta enfermedad, se ha utilizado la electroporación como enfoque para entregar una versión funcional del gen de la distrofina a las células musculares afectadas.
En este caso, se aíslan las células madre musculares (también conocidas como células satélite) del paciente y se les introduce una versión normal del gen de la distrofina utilizando un vector viral o un plásmido de ADN. Luego, las células se someten a electroporación, donde se aplican pulsos eléctricos para permitir la entrada del material genético en el interior de las células.
Una vez que las células han sido modificadas genéticamente, se pueden reintroducir en el paciente mediante injerto o inyección localizada. Se espera que estas células modificadas produzcan la proteína distrofina funcional, lo que podría mejorar la función muscular y ralentizar la progresión de la enfermedad.
Estas técnicas todavía están en desarrollo e investigación, pero ya han demostrado un gran potencial.
Desarrollo de medicamentos
En la investigación y desarrollo de medicamentos, se utiliza la electroporación para introducir moléculas fluorescentes o sondas genéticas en células vivas, permitiendo el seguimiento y análisis de diversos procesos biológicos en tiempo real. Además, la electroporación se emplea en la generación de modelos animales transgénicos y en la producción de animales genéticamente modificados para estudiar la función de genes específicos y evaluar la eficacia de nuevos fármacos.
Durante la fase de desarrollo de medicamentos, es fundamental comprender la capacidad de un compuesto para ingresar a las células diana y ejercer su acción terapéutica. La electroporación se utiliza en ensayos de permeabilidad celular para evaluar la capacidad de un compuesto para atravesar la membrana celular y acceder al interior de la célula.
En este caso, las células se someten a electroporación en presencia del compuesto que se está evaluando. Los pulsos eléctricos permiten la entrada del compuesto en el interior de las células para después analizar y medir para determinar la cantidad de compuesto que ha ingresado en las células y evaluar su eficacia.
Esta técnica de ensayo es particularmente útil cuando se investigan compuestos con baja permeabilidad celular, como ciertos fármacos con propiedades físico-químicas desfavorables para su ingreso a las células.
También se utiliza la electroporación en estudios de liberación controlada de medicamentos. En este caso, se encapsulan los medicamentos en liposomas o nanopartículas y se aplican pulsos eléctricos para liberar los medicamentos de manera controlada en el sitio deseado. De esta forma, se puede mejorar la eficacia terapéutica y reducir los efectos secundarios al permitir una liberación precisa y localizada.
Regeneración de tejidos
Al aplicar pulsos eléctricos en combinación con la administración de factores de crecimiento, se puede acelerar la curación de heridas, la regeneración ósea y la cicatrización de tejidos. Esta aplicación también se ha utilizado en el tratamiento de lesiones deportivas y en la rehabilitación después de cirugías, ofreciendo una opción terapéutica no invasiva y eficiente.
En el caso de la regeneración ósea, se aplican pulsos eléctricos de baja intensidad y corta duración en el área del defecto óseo. Estos pulsos estimulan células como los osteoblastos y los osteocitos, promoviendo la migración y la proliferación celular, así como la síntesis de matriz extracelular.
La electroporación facilita la entrada de moléculas bioactivas, como factores de crecimiento y material de andamiaje, en las células óseas, mejorando así la regeneración y la reparación del tejido óseo. Además, esta técnica puede mejorar la vascularización local y promover la formación de nuevos vasos sanguíneos, lo que es crucial para el suministro de nutrientes y la supervivencia de las células en el área afectada.
En cuanto a la regeneración de tejidos, los pulsos eléctricos ayudan a la migración y proliferación de las células dérmicas y epidérmicas, promoviendo la cicatrización de heridas y la formación de tejido cutáneo funcional.
