Un equipo de investigación del grupo Materiales Coloidales del Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla del CSIC-Universidad de Sevilla, en colaboración con el Instituto de Ciencia de Materiales de Aragón, el Centro Andaluz de Medicina y Biotecnología (BIONAND) y el Centro Nacional de Aceleradores (CNA) ha desarrollado un fluido luminiscente constituido por nanopartículas que sirve para observar de forma más precisa distintas zonas del organismo. Esta sustancia, aún en fase de laboratorio, presenta una serie de ventajas frente a las que se utilizan en la actualidad: la reducción de los efectos adversos en el organismo, dosis inferiores a las habituales, la posibilidad de focalizar el compuesto únicamente a la zona afectada que se quiera visualizar y su adaptabilidad, que hace que la misma sustancia sea válida para distintas pruebas diagnósticas.

Esquema que representa las nanopartículas, compuestas por un núcleo, un manto intermedio y una corteza.

Las sustancias que sirven para ‘iluminar’ y poder ver mejor órganos, tejidos o cartílagos dañados se denominan agentes de contraste. Éstos actúan como si fueran una tinta que define mejor las partes de la anatomía que quieran observarse a través de las técnicas de diagnóstico de imagen. Se utiliza en pruebas comunes que proporcionan imágenes tridimensionales de órganos y tejidos del cuerpo humano, como la Tomografía axial computerizada (TAC), que sirve para observar órganos dañados a través de rayos X, como una radiografía convencional; o la Resonancia magnética, una máquina que hace uso de un imán muy potente. También es el caso de la Imagen fotoluminiscente, técnica que funciona como una radiografía donde la zona dañada aparece iluminada. Esta última, al ser más nociva, se utiliza únicamente en laboratorios en pruebas con ratones.

El paciente ingiere o se le inyecta este fluido cuando las imágenes que captan estas técnicas no son lo suficientemente nítidas. Por ejemplo, cuando no se logra distinguir un tumor del área que lo rodea. Cada prueba diagnóstica requiere un agente de contraste diferente y, en ocasiones, el paciente debe ingerir o inyectarse dos de ellos, para que la imagen de la parte del cuerpo que se fotografíe aparezca más definida.

Al obtener mejores imágenes, los profesionales médicos obtienen información complementaria, pueden emitir diagnósticos más certeros y ofrecer tratamientos más eficaces. “Algunos de los que se usan hoy en día tienen una cierta toxicidad”, explica a la Fundación Descubre la investigadora Ana Isabel Becerro, autora del estudio ‘Design of a nanoprobe for high field magnetic resonance imaging, dual energy X.Ray computed tomography and luminescent imaging’, publicado en Journal of Colloid and Interface Science.

El agente de contraste diseñado por este grupo de investigación evita al paciente la administración de dos sustancias diferentes, sería válido de forma universal para todas las pruebas mencionadas y, al inyectar menos cantidad, también se reduciría su toxicidad.

Nanopartículas

La sustancia que los investigadores han desarrollado presenta una serie de ventajas frente a los agentes de contraste que se aplican en la actualidad. En este estudio utilizan nanopartículas, que son esferas de 80 nanómetros con propiedades luminiscentes. En este estudio, los investigadores las recubren con moléculas llamadas ligandos. Éstas funcionan como un imán que atraído hacia la zona de interés y permite que no se extiendan por otros lugares del cuerpo, como ocurre con los agentes de contraste que se utilizan habitualmente. Su función simula el zoom de una cámara: las nanopartículas se concentran en una sola zona de interés y ayudan a enfocarla mejor. “Hemos diseñado este agente de contraste para que sea eficaz tanto en Resonancia magnética como en TAC. Podemos disminuir la dosis inyectada en vena y reducir los posibles efectos tóxicos o adversos para el organismo que esta sustancia pueda presentar. Además, permite obtener imágenes luminiscentes de células y tejidos en estudios”, comenta Ana Isabel Becerro.

Equipo de investigación del grupo Materiales Coloidales.

Las nanopartículas diseñadas por el grupo de investigación poseen una arquitectura conocida como core-shell: núcleo-corteza. Así, el grupo de investigación las diseñó con un núcleo luminoso que le da utilidad para la Imagen luminiscente, una capa intermedia que protege la luz que emite el núcleo y una corteza elaborada de un material visible para la Resonancia magnética. Además, por su composición química, también es eficiente para el TAC. Una vez ingeridas o inyectadas, se hacen visibles al exponerse a la luz ultravioleta.

El empleo de las nanopartículas en medicina requiere que éstas sean uniformes para poder reproducir sus propiedades: todas las esferas deben emitir la misma cantidad de luz y tener siempre el mismo tamaño. “Se inyectan en vena, así que no deben superar los 100 nanómetros, estar dispersas para no producir trombos ni coágulos y ser inocuas para el organismo”, explica la investigadora sevillana. La síntesis de nanopartículas con estas características, las propiedades luminiscentes y magnéticas fue la parte más compleja de proyecto y requirió varios meses del año en el que transcurrió el mismo.

Este nuevo agente de contraste se encuentra en fase de estudio. El equipo de investigación lo está sometiendo a pruebas de toxicidad y todavía no ha sido testado en ensayos clínicos.

Otras líneas de investigación

Si bien el nuevo medio de contraste permite obtener imagen luminiscente de células y tejidos en ensayos in vitro, todavía no es conveniente su empleo para tomar imágenes de órganos y tejidos del cuerpo humano, ya que es necesario activarlas con luz ultravioleta, que puede producir daños en el ADN. El grupo Materiales Coloidales está desarrollando otras líneas de investigación para lograr que la luminiscencia del núcleo de las nanopartículas sea persistente tras retirar la luz ultravioleta. Con este método se podría activar la sustancia antes de introducirla en el organismo, lo que evitaría la exposición del mismo a la luz UV.

Una de las investigadoras del equipo realizando pruebas en el laboratorio.

Este trabajo se ha realizado con la financiación del Ministerio de Ciencia e Innovación, Siemens Healthcare S.L.U. y el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER)). Además, ha contado con la colaboración del Centro Nacional de Aceleradores (CNA), que ha prestado sus instalaciones ICTS Nnano CT.

Referencias

González-Mancebo, D.; Becerro, A.I.; Corral, A. et al. García-Embid S., Balcerzyk M.; Garcia-Martin M.L.; de la Fuente J.M.; Ocaña M. 2020. ‘Design of a nanoprobe for high field magnetic resonance imaging, dual energy X-ray computed tomography and luminescent imaging’. Journal of Colloid and Interface Science. Vol. 573, pp. 278-286.

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