Descripción de las líneas de investigación desarrolladas en los últimos años

La adicción a sustancias de abuso es un desorden neurológico crónico caracterizado por múltiples recaídas en el consumo y uso compulsivo de las mismas. Incluso años después de haber cesado el consumo, las recaídas son frecuentes cuando los adictos encuentran estímulos asociados al primer contacto con la droga. Estas alteraciones de comportamiento se han relacionado con perturbaciones de regiones cerebrales que median los procesos de recompensa y estrés.

Las propiedades reforzadoras positivas de las sustancias de abuso se deben, en parte, a su capacidad de producir fenómenos de consolidación de la memoria. Además, diversas adaptaciones celulares y moleculares implicadas en los procesos adictivos están también relacionadas con los modelos actuales de aprendizaje y memoria. Debido a que la memoria relacionada con el consumo de una droga puede persistir durante toda la vida de un adicto, la eliminación de este tipo de memoria resultaría crucial para el tratamiento de la adicción.

Se sabe que la recompensa juega un papel principal en el proceso que conduce a un individuo a crear nuevas preferencias. El sistema de recompensa está compuesto por proyecciones que van desde el área tegmental ventral (ATV), donde se encuentran los cuerpos neuronales al núcleo accumbens (NAc), corteza prefrontal (CPF) y estriado. Los núcleos y áreas cerebrales implicados en las distintas etapas de la adicción están relacionados entre sí en un circuito anatómico y funcional, siendo el NAc el transportador de información entre las distintas regiones cerebrales. La activación de estos sistemas de recompensa da lugar a un incremento en la liberación de dopamina en el NAc y CPF. Las sustancias de abuso inducen recompensa, la cual puede entenderse como un cambio fisiológico y subjetivo positivo, excitante o calmante, y perceptible por el individuo.

Estudios realizados en humanos y en modelos animales han evidenciado que el estrés desempeña un papel crítico en múltiples aspectos de la adicción, como el inicio y mantenimiento de la misma. Además, el estrés es considerado como un factor determinante de las recaídas en sujetos que han abandonado el consumo. Recientemente se ha propuesto que las experiencias estresantes a las que se puede ver sometido un individuo, junto con otros factores (circunstancias adversas o experiencias desagradables, influencias genéticas), pueden desencadenar alteraciones que incrementan el riesgo de la adicción. El factor liberador de corticotropina (CRF) regula la liberación de ACTH y glucocorticoides en el núcleo paraventricular (PVN), los cuales son esenciales en los procesos de aprendizaje y memoria.

Los sistemas cerebrales de aprendizaje y memoria están íntimamente involucrados en los procesos de adicción. El aprendizaje condicionado podría jugar un papel esencial en la pérdida del control sobre el uso de drogas, así como en las recaídas y en la abstinencia. En roedores, el componente afectivo de la dependencia de opiáceos puede ser reflejado y estudiado mediante el modelo de la aversión condicionada de plaza (CPA; paradigma de condicionamiento pauloviano), que nos ofrece una medida altamente sensitiva del estado emocional negativo producido por el síndrome de abstinencia a opiáceos. Muchos neurotransmisores, factores neurotróficos y proteín kinasas han sido relacionados con la formación y expresión de memorias aversivas relacionadas con el síndrome de abstinencia. La extinción de esta aversión ocurre cuando la asociación se debilita por la exposición repetida al contexto asociado a la abstinencia, pero en ausencia del estímulo no condicionado. Por otra parte, la respuesta inicial puede ser recuperada mediante un uso puntual de la droga, estrés o por estímulos condicionados. La extinción de la aversión se completa cuando el animal ya no evita el contexto asociado previamente al estímulo aversivo y este proceso requiere de un aprendizaje asociativo, consolidación y formación de una nueva memoria. Entre los sustratos neuronales que median estos componentes de la adicción a drogas se encuentran dos estructuras límbicas, la amígdala basolateral (BLA) y el hipocampo. Numerosos estudios han puesto de manifiesto que BLA y giro dentado (GD), núcleo hipocampal, son regiones críticas para el aprendizaje, la memoria y el comportamiento afectivo.

El BDNF ha sido profundamente estudiado en los últimos años por su papel en la plasticidad y transmisión sináptica en hipocampo y amígdala. Así, se ha podido confirmar que las vías de señalización dependientes de BDNF a nivel de amígdala estarían implicadas en la adquisición y consolidación del condicionamiento a memorias aversivas. Por otra parte, BDNF parece ser necesario para la extinción de memorias aversivas en hipocampo y amígdala. Actualmente se ha podido comprobar que la sobreexpresión de BDNF en BLA sería responsable de la extinción de memorias aversivas o de miedo.

En relación con las vías de señalización implicadas en las acciones de BDNF sobre la memoria, se ha propuesto que existe una asociación directa entre BDNF, y su receptor TrkB, y la activación de ERK1/2 y CREB durante los procesos de consolidación de la memoria.

Los nuevos sistemas transportadores de fármaco pueden vencer las limitaciones que presentan las formas de dosificación convencionales. El desarrollo de nanofármacos buscó inicialmente mejorar las propiedades moleculares de agentes terapéuticos y diagnósticos, minimizar la degradación del fármaco, así como prevenir efectos secundarios, consiguiendo una liberación controlada del fármaco e incrementando la biodisponibilidad del mismo.

En la actualidad, existen muchos biomateriales apropiados para la elaboración de nanopartículas (NPs). La fibroína de seda (FS), una proteína polimérica presente en la seda de Bombyx mori L., ha mostrado propiedades muy interesantes como ser anfifílica, biocompatible, biodegradable, excelentes propiedades mecánicas y flexibilidad durante el procesamiento. Todas estas características convierten a la FS en un candidato idóneo para la liberación modificada de fármacos. De hecho, varios artículos sugieren que las NPs de FS son sistemas transportadores más apropiados que otras estructuras de FS, debido a sus características de degradación controlada, forma, tamaño, eficacia de encapsulación y capacidad de liberación de fármaco. Debido a su pequeño tamaño, las NPs de FS pueden penetrar en capilares estrechos, fomentando la captación del fármaco por las células. Además, se ha observado que estas NPs son capaces de transportar fármacos antitumorales hasta las células cancerígenas.

La farmacocinética de un fármaco tiene un papel determinante en su acción y, por tanto, podría tener también un papel crucial en el proceso adictivo. Las propiedades farmacocinéticas determinan la velocidad de acceso del fármaco al cerebro y la duración de su acción, además de determinar la dosificación, la vía de administración, y posología del fármaco.

La farmacocinética también puede explicar por qué la mayoría de sustancias de abuso son inyectadas, fumadas o esnifadas en lugar de ser consumidas por vía oral. En este sentido, está ampliamente aceptado que cuanto más rápido accede una droga al SNC, mayor es su potencial adictivo. Tradicionalmente, se ha considerado que esto se debía en mayor proporción a las propiedades reforzadoras y euforogénicas de las drogas, aunque es necesario profundizar este aspecto.

Los opiáceos, como la morfina y sus derivados, son sustancias con una gran capacidad para producir adicción. Los sistemas transportadores de fármacos, como los liposomas y las NPs, producen una liberación controlada del fármaco. Aunque estos sistemas han sido probados y estudiados durante décadas para el tratamiento del dolor, muy poco es conocido sobre los efectos de la encapsulación de morfina en el proceso adictivo. Recientemente se ha demostrado la eficacia de formulaciones de liberación prolongada de naltrexona para la prevención de las recaídas en la dependencia de opiáceos. Esta formulación ha demostrado también ser eficaz en el tratamiento de la dependencia alcohólica y en la actualidad se encuentra aprobada en EEUU y Rusia para ambas dependencias. Sin embargo, la tendencia a las recaídas que caracteriza a los procesos adictivos nos lleva a cuestionarnos los tratamientos a largo plazo.

En base a estos antecedentes y a los estudios que nuestro Grupo viene realizando desde hace años, una de las líneas de investigación principales que está llevando nuestro Grupo en los últimos años es estudiar las alteraciones neuroadaptativas implicadas en los procesos de memoria tras la administración de morfina libre y encapsulada en liposomas y en NPs de FS.
Nuestra hipótesis de trabajo es que la encapsulación de morfina en NPs de FS podría alterar el procesamiento de la memoria aversiva asociada a la abstinencia y, por tanto, modificar el estado emocional que conduciría a un sujeto a la búsqueda y uso compulsivo de esta sustancia.

Relación y colaboración con otros grupos de investigación fuera de la Región de Murcia

Nuestro Grupo de Investigación de la UMU, Farmacología Celular y Molecular (E095-04) ha formado parte de la Red de Trastornos Adictivos hasta el año 2017, lo que nos ha permitido establecer colaboraciones con otros equipos de investigación de fuera de la Región de Murcia con los que hemos publicado varios trabajos. Estos Grupos son:

• Dra. Olga Valverde Granados (Grupo de Neurobiología del Comportamiento, Universidad Pompeu Fabra, Barcelona). La Dra. Valverde y su Grupo son expertos en comportamiento y han analizado a lo largo de los años los cambios comportamentales que producen diferentes sustancias de abuso: opiáceos, cocaína, cannabinoides, etc., así como las alteraciones psiquiátricas a que dan lugar al uso de estos compuestos.
• Dr. Jorge Manzanares Robles (Grupo de Neuropsicofarmacología Traslacional de Enfermedades Neurológicas y Psiquiátricas, Instituto de Neurociencias de Alicante). Su Grupo estudia el papel del sistema opioide y cannabinoide en modelos animales de enfermedad neurológica y psiquiátrica, así como el efecto de fármacos usados para su tratamiento.
• Dra. Marta Rodríguez Arias (Unidad de Investigación de Psicobiología de las Drogodependencias, Universidad de Valencia). Su Grupo está centrado en el estudio de los mecanismos neurobiológicos de la conducta adictiva.

Asimismo, nuestro Grupo ha mantenido una colaboración continuada durante años con el Grupo de Investigación dirigido por la Dra. Margarita Puig (Universidad de Barcelona), con el que tenemos varias publicaciones. La Dra. Puig es reconocida internacionalmente por sus estudios con opiáceos. Ha desarrollado diferentes modelos de dolor y es experta en el estudio de las propiedades de estas sustancias en el dolor, tanto en el humano como en modelos experimentales.

En los últimos años hemos colaborado también con los Grupos dirigidos por:

• Dr. Alexis Bailey (St. George´s, University of London). En su laboratorio hemos realizado estancias de investigación y hemos completado experimentos de trabajos comunes.
• Dra. Simona Pichini (Istituto Superior di Sanitá, Roma, Italia). Hemos publicado diversos artículos de investigación de manera conjunta y la Dra. Fernández ha realizado una estancia en la Unidad de Farmacotoxicología Analítica del Instituto.
• Dr. Francisco Caravaca (Universidad Pablo de Olavide, Sevilla). Tenemos distintas investigaciones realizadas de manera conjunta sobre epidemiología de sustancias de abuso en humanos.

Identificación de las líneas de investigación a desarrollar en los próximos años

1. La estrecha colaboración que tenemos en la actualidad con el Grupo de la Dra. Gloria Víllora Cano, del Grupo Ingeniería Química Verde y Nanotecnología (E034-11), con la que estamos elaborando las NPs de FS mencionadas en el primer apartado, se ha potenciado con la concesión de una ayuda en el Programa de I+D+i orientada a los Retos de la Sociedad en la convocatoria 2020. A continuación, se muestra un resumen de la línea de trabajo que se está desarrollando:
   • La nanomedicina es una disciplina relativamente nueva que surge de la intersección entre la nanotecnología y la medicina basada en el control de la materia a escala nanométrica para aplicaciones en el ámbito de la salud humana. Los nanomateriales aportan al campo de la medicina un nuevo nivel de ingeniería y control al poder modificar parámetros tales como la solubilidad, difusividad, vida media, toxicidad, farmacocinética y biodistribución de fármacos y agentes de diagnóstico. Las aplicaciones de las NPs son muy diversas y se espera que aumenten con el avance de la tecnología. En los últimos años, numerosos estudios han demostrado la capacidad de las mismas para funcionar como sensores, portadores de fármacos y agentes de diagnóstico.
   • Por otra parte, hasta hace poco tiempo, la proliferación y aparición de nuevos patógenos capaces de amenazar nuestra vida cotidiana se apreciaba como una realidad lejana, limitada a escenarios de países menos desarrollados y con sistemas de reacción más débiles que los países más desarrollados. En 2018, la Organización Mundial de la Salud (OMS) daba la voz de alarma alertando del problema que se estaba gestando respecto a la resistencia bacteriana a los antibióticos, que, siendo un fenómeno natural, el uso indebido de fármacos está acelerando el proceso, y es por ello que cada vez es mayor el número de infecciones por bacterias y, por ende, su tratamiento con antibióticos menos eficaz. Sin embargo, nuestra normalidad y estilo de vida se han visto expuestos y condicionados por la crisis sanitaria actual, que no ha sido causada por un agente bacteriano, sino por un agente vírico, el SARS-CoV-2, causante de la enfermedad conocida como Covid-19. La pandemia SARS-CoV-2 no sólo es una enorme carga para la salud pública, sino que ya ha afectado notablemente a las sociedades civiles y a la economía mundial.
   • El equipo de investigación ha desarrollado en proyectos anteriores nuevos procesos para la síntesis de nanoestructuras basadas en biopolímeros y la funcionalización de NPs y su carga con agentes anticancerígenos y antimicrobianos, mediante el uso de líquidos iónicos y fluidos supercríticos, mejorando la eficiencia del proceso, reduciendo la generación de residuos y haciendo posible la escalación industrial.
   • Dentro de los objetivos principales del proyecto que se está llevando a cabo se encuentran:
     • Se seguirán desarrollando NPs como fármacos anticancerígenos. Proponemos la carga y funcionalización de NPs de FS con compuestos capaces de inhibir el crecimiento de las células cancerosas y estimular la endocitosis mediada por receptores específicos de dichas células.
     • Obtención de nanoestructuras biopolímero-metal como nuevos agentes antibacterianos para el tratamiento de infecciones graves resistentes a los antibióticos.
     • Funcionalizar las NPs quitosano-Au con ácidos siálico y mercaptobenzoico y FS-naringenina como armas potenciales contra la infección por SARS-CoV-2 y la enfermedad COVID-19.
     • Estudio in vivo de la respuesta analgésica de la morfina y la respuesta terapéutica de NPs de FS funcionalizadas contra el cáncer en un modelo animal.
   • El desarrollo del proyecto también implica la caracterización fisicoquímica y biológica y simulaciones de dinámica molecular.
   • Forman parte del equipo investigador de este proyecto la Dra. María Teresa Martínez Martínez y el Dr. Abel Lozano Pérez, del Grupo de Radiofarmacia del IMIB.
2. Existe una importante evidencia científica en relación a las diferencias entre hombres y mujeres en la vulnerabilidad al consumo de drogas. En este sentido, algunos resultados indican que las hembras están más motivadas que los machos durante diversas fases de la adicción a drogas. Sin embargo, poco se sabe con respecto a diferencias entre sexos en los signos emocionales del síndrome de abstinencia. En los últimos años, nuestro Grupo se ha interesado en estudiar las diferencias entre sexos en aspectos relacionados con la expresión y extinción de la memoria aversiva.
   • Como continuación de nuestros estudios previos y, dado el gran interés que tiene el Grupo en el estudio de las recaídas que caracterizan a los procesos adictivos y que, como se ha comentado anteriormente, nos lleva a pensar en la necesidad de tratamientos a largo plazo, nos planteamos el estudio de las diferencias entre sexos en las recaídas inducidas por estímulos estresantes.
3. Las proteínas de choque térmico o HSPs (heat shock proteins) pertenecen a la familia de chaperonas moleculares. Desde su descubrimiento, muchos estudios han puesto de manifiesto la expresión de estas proteínas en los distintos tejidos del organismo, no sólo tras un incremento de temperatura, sino también como mecanismo de defensa ante diversos agentes físicos y químicos que inducen un estrés celular, denominándose también por ello proteínas del estrés.
   • Las HSPs de bajo peso molecular, como la HSP27, han sido usadas como marcadores de tejidos u órganos que han sido expuestos a estrés celular severo y, por ello, dentro de nuestro Grupo nos planteamos el estudio de esta proteína como posible biomarcador de estrés en diferentes enfermedades neurodegenerativas, como el Parkinson o la esclerosis múltiple. Estudiaremos la expresión de HSP27 en líquido cefalorraquídeo de voluntarios sanos y de pacientes.

Previsión de futuras colaboraciones con grupos regionales de investigación en los próximos años
Tenemos previsto establecer una estrecha colaboración y desarrollar líneas conjuntas de trabajo con el equipo de Farmacocinética Clínica, liderado por Carles Iniesta Navalón, farmacéutico hospitalario del Hospital General Universitario Reina Sofía.

Además, vamos a mantener la colaboración con los distintos grupos de investigación del IMIB enumerados en el apartado de colaboraciones.

Previsión de posibles avances generados por las líneas de investigación a desarrollar en los próximos años

1. La adicción a sustancias de abuso es uno de los problemas más importantes con los que se enfrenta la sociedad actual, con un coste económico y sanitario muy por encima al de otras patologías. A ello hay que añadir las repercusiones penales, con un alto porcentaje de estos sujetos que delinquen. A pesar de las graves consecuencias que entraña para los adictos en particular y para la sociedad en general el consumo de drogas y de las múltiples campañas llevadas a cabo para la prevención de la adicción, el número de sujetos consumidores no ha disminuido, sino que en algunos casos como el de la heroína ha aumentado en los últimos años.
   • Nuestros estudios se centran en los procesos aversivos que producen la morfina tras el abandono del consumo. La activación del sistema cerebral del estrés, junto con las alteraciones en los circuitos implicados en la memoria y el aprendizaje son considerados como elementos responsables de la patología de la adicción a drogas (recaídas, aversión durante la abstinencia, “craving” o anhelo por la búsqueda y consumo de la droga).
   • Estos estudios relacionados con la adicción podrían aportar nuevos datos en cuanto a la expresión, extinción y recuperación de la memoria aversiva, lo que permitirá desarrollar nuevas estrategias farmacológicas y psicológicas para paliar los efectos devastadores de las drogas y para evitar las recaídas, el gran problema de las adicciones.
2. En relación al último Proyecto que nos ha concedido el Ministerio al grupo de la Dra. Víllora y al nuestro, la principal contribución esperada es el poder desarrollar materiales poliméricos biocompatibles en los que incorporar sustancias activas o fármacos. Pretendemos obtener un catálogo de nuevas nanoplataformas activas para adaptarlas a las demandas actuales, debido, por ejemplo, a la proliferación de las resistencias bacterianas y también a la situación de emergencia provocada por la irrupción de la pandemia de Covid-19.