El Dr. Pol Cabanach ha defensat recentment la seva tesi doctoral a IQS, en la que desenvolupa dues tecnologies basades en materials zwitteriònics: un sistema oral d’alliberament de fàrmacs per al tractament de la malària i una fotoresistència per a la microimpressió de microrobots no-immunogènics.
Dr. Salvador Borrós i Dr. Pol Cabanach
La resposta immune del nostre cos suposa un gran obstacle per a l’efectivitat de múltiples teràpies basades en biomaterials. Accionat per l’absorció inespecífica de biomolècules (sobretot proteïnes) a la superfície del material, el nostre sistema immune identifica i elimina aquests materials mitjançant les cèl·lules immunes o barreres com les mucoses, evitant que realitzin la seva funció. Els materials zwitteriònics han emergit en els últims anys com a materials antiadherents prometedors amb capacitat per evitar l’absorció de proteïnes que desencadena la resposta immune i així poder incrementar l’efectivitat del biomaterial.
En aquest context, el Dr. Pol Cabanach ha defensat recentment la seva tesi doctoral sota el títol Zwitterionic materials for biomedical applications, realitzada dins del Grup d’Enginyeria de Materials GEMAT d’ IQS School of Engineering i codirigida pel Professor Dr. Salvador Borrós d’IQS i pel Professor Abdon Pena-Francesch, actual professor associat a la University of Michigan i prèviament investigador post-doctoral del Max Planck Institute For Intelligent Systems.
La recerca del Dr. Cabanach ha conduït a dos sistemes basats en materials zwitteriònics. En primer lloc, ha aconseguit una plataforma d’alliberament de fàrmacs basada en copolímers de bloc amfifílics (CBAs), sintetitzats i optimitzats per tal que ells mateixos s’organitzin en forma de nanopartícules zwitteriòniques. Aquestes nanopartícules han mostrat alts nivells d’encapsulació de molècules hidrofòbiques, i la seva superfície zwitteriònica mostra potencial per evitar l’adhesió a la mucosa intestinal al ser administrades oralment.
Aquest sistema d’alliberament de fàrmacs ha estat optimitzat per a tractar diferents malalties. Intentant dissenyar un tractament per a la malària, les nanopartícules zwitteriòniques han estat carregades amb curcumina i provades tant in vitro – per confirmar l’activitat de les nanopartícules – com in vivo, utilitzant ratolins, per testar l’absorció oral del fàrmac1. Aquestes proves han estat realitzades en col·laboració amb l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya IBEC, l’Institut de Salut Global ISGlobal i la Universitat de Cardiff.
Les nanopartícules obtingudes també han sigut optimitzades pel tractament de càncer, mitjançant l’encapsulació de Paclitaxel. Tal sistema ha sigut provat amb èxit en assajos in vitro, mostrant així el potencial del sistema desenvolupat pel disseny de teràpies amb fàrmacs hidrofòbics.
Micro-robots zwitteriònics
En una segona part de la seva recerca, el Dr. Cabanach ha desenvolupat una fotoresistència zwitteriònica per a la impressió de micro-robots zwitteriònics no-immunogènics, que poden romandre ‘camuflats’ i evitar ser reconeguts pel sistema immune del cos humà. Aquesta segona part de la recerca es va realitzar al grup de Physical Intelligence del Max Planck Institute For Intelligent Systems, dirigit pel professor Metin Sitti2.
Els micro-robots obtinguts, dissenyats per CAD i micro-fabricats amb impressió 3D mitjançant la tècnica de polimerització de 2 fotons, presenten propietats mecàniques ajustables, propietats d’anti-bioadhesió i no-immunogèniques, capacitat d’encapsulació de biomolècules, medicaments i partícules per a l’actuació magnètica i una amplia capacitat de funcionalització útil per a l’alliberament de fàrmacs sota demanda.
Aquests robots ‘invisibles’ eviten que els macròfags del sistema immune els detectin després d’una inspecció exhaustiva (de més de 90 hores), fet que no s’ha aconseguit fins al moment en cap sistema micro-robòtic. D’aquesta manera, aquests materials zwitteriònics versàtils eliminen un dels grans obstacles en el desenvolupament de microrobots biocompatibles, i serviran com una font de materials no-immunogènics per crear robots biomèdics i altres dispositius per a la bioenginyeria i per a aplicacions biomèdiques.
Aquesta tesi ha estat realitzada amb el suport de la Secretaria d'Universitats i Recerca del Departament d'Empresa i Coneixement de la Generalitat de Catalunya.
1 Arnau Biosca, Pol Cabanach, Muthanna Abdulkarim, Mark Gumbleton, Cristina Gómez-Canela, Miriam Ramirez, Inés Bouzón-Arnáiz, Yunuen Avalos-Padilla, Salvador Borrós, Xavier Fernández-Busquets, Zwitterionic self-assembled nanoparticles as carriers for Plasmodium targeting in malaria oral treatment, Journal of controlled released, Vol 331, 2021, pgs 364-375 (https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2021.01.028 )
2 Pol Cabanach, Abdon Pena-Francesch, Devin Sheehan, Ugur Bozuyuk, Oncay Yasa, Salvador Borrós, Metin Sitti, Zwitterionic 3D-Printed Non-Immunogenic Stealth Microrobots, Advanced materials, 2020, 32, 200313 (https://doi.org/10.1002/adma.202003013)