¿Falta de hierro? ¡Tómate unas nanopartículas!

¿Te imaginas a Popeye comiendo unas nanofibrillas con hierro en vez de sus clásicas espinacas?

La anemia es un trastorno del sistema eritrocitario producida por un defecto de hemoglobina. Podríamos pensar que la anemia se produce por una falta de glóbulos rojos en la sangre debido a que la hemoglobina es el pigmento proteico que se encuentra en los eritrocitos pero no es así, lo que en realidad falta es dicho pigmento. La hemoglobina es una proteína que tenemos en la sangre y es la principal responsable de la transferencia de oxígeno. Todos tenemos una cierta reserva funcional así que cuando en el hombre baja la cantidad de hemoglobina de 16 hasta 13 o de 14 a 12 en la mujer (expresado en g/100ml) ya empezamos a tener problemas. Ésto es lo que define a la anemia: Poca hemoglobina, no pocos glóbulos rojos. Aunque en la mayor parte de las veces van en paralelo. Realmente los glóbulos rojos no son quienes transportan al hierro sino que esta función la realiza la hemoglobina.

Hay muchas maneras de clasificar la patología de la serie roja. Una forma interesante de hacerlo es clasificarlas bien por su etiología (la causa) o bien por su patogenia (la manera en la que el agente causal desencadena la enfermedad).

En cuanto a la etiología, las anemias se clasifican según si se producen por un trastorno hereditario, una mala alimentación, una exposición a medicamentos tóxicos o bien por la etiología de otra enfermedad que puede desencadenar una anemia.

Por otro lado, si realizamos la clasificación según la patogenia puede ser que haya agentes causales que determinen una falta de producción de glóbulos rojos, un aumento de la destrucción de glóbulos rojos o una pérdida de sangre.

Nosotros nos vamos a centrar en la anemia ferropénica o ferropriva, ya que es la más común, donde lo que falta es el hierro bien por un aporte deficiente en la dieta, bien por una mala absorción, porque se requiere un mayor aporte en la ingesta o por una mayor pérdida de sangre. Las causas más comunes de esta última son el sangrado menstrual, el cáncer de esófago, estómago o colon, las varices esofágicas (que son dilataciones de las venas del esófago), el uso prolongado de ácido acetilsalicílico (aspirina), ibuprofeno o medicamentos para la artritis o la úlcera péptica. Pero también es posible que el cuerpo no absorba suficiente hierro de la dieta debido a que: se padecen otro tipo de enfermedades, como la celiaca o la de Crohn, a una cirugía o a tomar demasiados antiácidos que contengan calcio. Y por último, es posible que haya un aporte deficiente de hierro en la dieta si eres vegetariano estricto o vegano o si no consumes una alimentación completa.

El hierro es una parte importante de los glóbulos rojos. Sin este metal la sangre no puede transportar oxígeno eficazmente ya que el cuerpo produce menos glóbulos rojos o los que produce son demasiado pequeños.

Los síntomas en la anemia ferropénica son al principio leves y aparecen lentamente. Estos síntomas pueden ser sentirse malhumorado; débil o cansado con más frecuencia de lo normal o al realizar ejercicio; dolores de cabeza; problemas para concentrarse o pensar. Además, a medida que la anemia empeora, los síntomas que se pueden dar son color azul en la esclerótica, que es la membrana de color blanco que tenemos en los ojos; uñas quebradizas; mareo cuando te pones de pie; color pálido de la piel; dificultad respiratoria o dolor en la lengua.

Para diagnosticar la anemia, el médico puede pedir un análisis de sangre donde va a medir el índice hematocrito y hemoglobina así como el índice de glóbulos rojos. El hematocrito es el volumen de glóbulos en relación al total de la sangre, se expresa de manera porcentual. Para verificar los niveles de hierro en la sangre el facultativo puede pedir en el mismo análisis de sangre los valores de ferritina sérica, el nivel de hierro sérico o bien puede medir la capacidad de fijación del hierro en la sangre.

En cuanto al tratamiento de la anemia ferropénica podemos tomar suplementos y alimentos ricos en hierro siempre y cuando se sepa su causa; con el desarrollo de la nanotecnología se están barajando otras posibilidades de tratamiento para esta patología como son las nanopartículas de hierro en las matrices alimentarias, aunque su tendencia a oxidarse y formar agregados en disolución veía limitado en gran medida su uso en esta aplicación hasta ahora. De todas formas, las restricciones que se le ponen a la nanotecnología alimentaria varían significativamente de unos países a otros, provocando grandes diferencias en el tiempo que cuesta en Europa y Estados Unidos introducir un nuevo producto alimentario nanotecnológico en el mercado.

El grupo de investigación del Departamento de Ciencia y Tecnología de la Salud de la Escuela Politécnica Federal de Zúrich dirigido por Raffaele Mezzenga y Michael Zimmermann acaban de publicar un artículo en la revista científica Nature Nanotechnology en la que describen una nueva forma de reforzar alimentos y bebidas con hierro utilizando un nanomaterial híbrido hecho con fibrillas comestibles de proteína de suero lácteo y nanopartículas de hierro. Las nanofibrillas de proteína de suero lácteo recubiertas con hierro pueden administrarse en polvo o en forma líquida, añadiéndose fácilmente a diferentes alimentos sin cambiar su color, olor o sabor. Además los ingredientes utilizados para hacer este suplemento de hierro innovador son baratos y abundantes: las proteínas de suero lácteo son un subproducto de la industria lechera y las sales de hierro muy asequibles.

Nuestro nuevo suplemento de hierro tiene un enorme potencial para combatir con éxito la deficiencia de hierro de manera económica y eficiente.

R. Mezzenga

Para obtener las nanofibrillas de β-lactoglobulina primero desnaturalizan las proteínas presentes en el suero lácteo calentándolas a  90 ºC y luego las hidrolizan en un medio ácido hasta obtener los filamentos de proteína finales. Como último paso, varios de estos filamentos de proteína se tejen para formar las nanofibrillas de proteína más gruesas que se utilizan en el nanomaterial híbrido final. Para producir las nanopartículas, los investigadores mezclaron una sal de cloruro férrico (FeCl3) directamente con las nanofibrillas de las proteínas en la misma disolución ácida. De esta manera consiguieron nanopartículas de hierro de unos 20 nm que se unieron inmediatamente a la superficie de las nanofibrillas de proteína. Este es un truco clave de la técnica empleada por los suizos, ya que normalmente las nanopartículas de hierro tienden a agruparse rápidamente impidiendo su fácil mezcla con alimentos y bebidas.

Para probar su nuevo suplemento de hierro los investigadores administraron el nuevo nanomaterial híbrido de nanofibrillas de proteína de suero lácteo con nanopartículas de hierro a ratas con deficiencia de hierro provocada por una dieta baja en hierro, comprobando que la nueva preparación curó la deficiencia de hierro a los animales y la anemia asociada con la misma eficacia que el suplemento de hierro más comúnmente usado en humanos – el sulfato ferroso (FeSO4)- pero sin causar cambios sensoriales indeseables en los alimentos. Las nanofibrillas de proteína de suero lácteo se digirieron por completo y las nanopartículas de hierro se disolvieron totalmente en iones de hierro –que pueden ser rápidamente absorbidos por la sangre y utilizados para producir nuevos glóbulos rojos- en las condiciones ácidas y con las enzimas del estómago de las ratas.

La alimentación de las ratas durante dos semanas con las nanofibrillas de una proteína de la leche barata recubiertas de hierro no resultó en una acumulación anormal de hierro en ningún órgano analizado, entre ellos el riñón y el corazón. Por lo que parece que estas fibrillas de proteínas alimentarias comestibles e hidrolizadas no provocan efectos secundarios ni se han identificado riesgos potenciales de su uso como suplemento de hierro en animales, un temor existente debido a su similitud estructural con las fibrillas amiloides, que se acumulan en el cerebro y se relacionan con la enfermedad de Alzheimer.

Nanorobot realizado por alumnos de primaria durante el taller Nanoinventum en el festival 10alamenos9 con Pilar Jiménez y Samuel Sánchez como profesores.

Pero el primer caso de éxito de uso de la nanotecnología para tratar la anemia no es tan reciente. Dejadnos que os hable del Feraheme o Ferumoxytol, una preparación intravenosa de hierro prescrita para el tratamiento de la anemia de la enfermedad renal crónica (ERC). En este caso son nanopartículas de óxido de hierro recubiertas con carbohidratos con un tamaño promedio de unos 30 nm. Dos estudios con pacientes anémicos con ERC, unos en las primeras etapas de la enfermedad previas a comenzar a tratarse por diálisis y otros en etapas avanzadas de la misma sometidos a hemodiálisis, a los que se les inyectó 5 días seguidos una dosis de 510 mg de Ferumoxytol, observaron un aumento del nivel de hemoglobina en sangre de los pacientes tratados con el nanofármaco frente al grupo de control al que se le administró 200 mg al día de hierro oral en forma de fumarato ferroso durante 3 semanas, siendo este aumento mayor en los pacientes sometidos a diálisis.

Sin embargo en estos estudios se observaron efectos adversos graves, como moratones, eritema o hinchazón en el lugar de la inyección en el 5% de los pacientes tratados con el nanofármaco y otros efectos secundarios indeseables, como mareos, náuseas, prurito, dolor de cabeza y fatiga, en un 2% de los enfermos a los que se les dio Ferumoxytol. En el momento de la aprobación del Feraheme por la Administración de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos (FDA) en 2009, estos efectos secundarios y riesgos se describieron en la sección de advertencia y precauciones del prospecto del medicamento. Desde entonces, se han producido reacciones anafilácticas graves, incluidas 18 muertes de 2009 a 2014, a pesar del uso adecuado de terapias para tratar estas reacciones y medidas de resucitación de emergencias. En Europa, la Agencia Europea del Medicamento autorizó en abril de 2012 a la farmacéutica británica Takeda la comercialización de este medicamento bajo el nombre de Rienso.

De estos estudios se podría concluir que el tratamiento intravenoso a corto plazo de la anemia por deficiencia de hierro en pacientes con enfermedad renal crónica con las nanopartículas de óxido de hierro recubiertas con carbohidratos del Ferumoxytol era más eficaz que la terapia con hierro por vía oral convencional a la hora de elevar el nivel de hemoglobina en sangre. Así que a día de hoy Feraheme está específicamente aprobado por la FDA para su uso sólo en adultos con anemia por deficiencia de hierro en pacientes con enfermedad renal crónica y se debe administrar como infusión intravenosa por un profesional sanitario en un centro médico. En los prospectos y caja del nanofármaco Feraheme que comercializa la farmacéutica AMAG se puede leer que está contraindicado su uso en pacientes que han tenido una reacción alérgica a cualquier producto de reemplazo de hierro intravenoso.

En 2011, alrededor de 800 millones de mujeres y niños menores de 5 años eran anémicos, según el Informe de la Prevalencia Mundial de la Anemia publicado en 2015 por la Organización Mundial de la Salud , y cerca de la mitad de ellos también deficientes de hierro. ¿Comienza aquí un "Viaje alucinante" de mano de la nanotecnología para todos ellos como el de la película de Richard Fleischer estrenada en 1996?

María y Emilio

Referencia:

Y. Shen, L. Posavec, S. Bolisetty, F.M. Hilty, G. Nyström, J. Kohlbrecher, M. Hilbe, A. Rossi, J. Baumgartner, M.B. Zimmermann, R. Mezzenga. “Amyloid fibril systems reduce, stabilize and deliver bioavailable nanosized iron”. Nature Nanotechnology, 2017; DOI: 10.1038/nnano.2017.58

NOTA: Esta entrada participa en la LXIV edición del Carnaval de Química, alojada en el blog «Ciencia Química en el siglo XXI» de @QXXI_justoginer.

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