Los químicos de Rusia y Suiza crearon nanopartículas luminiscentes bioseguras para obtener imágenes de tumores y vasos sanguíneos dañados por un ataque cardíaco o un derrame cerebral. Las partículas están hechas de óxido de hafnio que se usa para inyección intravenosa, y dopado con iones de metales de tierras raras. Los científicos esperan crear una alternativa a los puntos cuánticos tóxicos y obtener imágenes de tejidos profundos sin dañar al paciente. El estudio apareció en Coloides y superficies B:Biointerfaces .

Los científicos de la Universidad ITMO en San Petersburgo y ETH Zurich buscaron visualizar de manera segura los tumores cancerosos y los vasos sanguíneos dañados en el corazón y el cerebro. Las nanopartículas que desarrollaron pueden emitir luz visible bajo excitación ultravioleta y azul que permite a los médicos usarlas como agente de contraste para obtener imágenes de los tejidos internos.

La formación de imágenes de órganos no es ilustrativa sin los marcadores adecuados, pero todas las sustancias ópticamente activas que se utilizan hoy en día para este fin tienen importantes inconvenientes. Por lo tanto, Los agentes orgánicos no funcionan universalmente y se desintegran rápidamente en el cuerpo. Y aunque las nanopartículas semiconductoras llamadas puntos cuánticos tienen propiedades luminiscentes únicas, debido a su efecto peligroso en un paciente vivo, estas partículas solo pueden usarse in vitro.

Según los científicos de ITMO, los marcadores que han desarrollado están libres de estos inconvenientes y pueden reemplazar a los puntos cuánticos en el futuro. Las nuevas nanopartículas están compuestas de óxido de hafnio dopado con iones de tierras raras europio y terbio. Aportan altas propiedades luminiscentes y el óxido de hafnio actúa como una matriz transparente que asegura su bioseguridad y los mantiene brillantes.

El óxido de hafnio es bioinerte; en 2015, la FDA incluyó esta sustancia en una lista de óxidos que están aprobados para uso interno. También se permiten algunas formas de óxidos de hierro y aluminio para inyección intravenosa. Pero a diferencia del hafnio, absorben demasiada luz y debilitan la luminiscencia.

Además, el hafnio y los metales de las tierras raras tienen átomos de tamaño similar, por lo que los químicos lograron mantener ordenada la estructura del óxido cristalino al reemplazar una parte de los iones de hafnio con los elementos de tierras raras. Esto permitió a los científicos dar las propiedades ópticas requeridas a las nanopartículas, al tiempo que previene la sedimentación en fluidos biológicos de pH neutro.

La sedimentación de partículas puede acumularse y bloquear los vasos sanguíneos. "No pudimos cubrir las nanopartículas con un estabilizador, porque reduciría el rendimiento cuántico, "dice Aleksandra Furasova, el primer autor del artículo. "Por eso dopamos óxido de hafnio con iones de metales de tierras raras. En primer lugar, cargaron la superficie de las partículas que estabilizaron a estas últimas en fluidos biológicos. En segundo lugar, presentando diferentes tierras raras, aprendimos a cambiar el espectro de luminiscencia. Por ejemplo, partículas con terbio emiten verde, mientras que las partículas con europio emiten rojo. Esto será útil para resolver tareas específicas ".

Los elementos de tierras raras tienen un nivel definido de toxicidad. Entonces, los químicos agregaron grandes cantidades de partículas a las muestras de plasma sanguíneo y al medio con células cultivadas. Resultó que las partículas son estables en sangre y no cambian su consistencia; debido a la capacidad de los iones de tierras raras para unirse fuertemente en óxido, no dañan las células.

Anna Fakhardo, un investigador de SCAMT, agrega, "Por tres días, Observamos el ciclo de vida de fibroblastos pulmonares cultivados y células madre mesenquimales y no notamos efectos tóxicos causados ​​por nanopartículas puras o dopadas de óxido de hafnio. Es decir, se pueden aplicar potencialmente en medicina ".

En el futuro, los científicos van a utilizar nanopartículas de óxido de hafnio no solo para obtener imágenes, pero para la terapia tumoral. Bajo rayos X, átomos de hafnio y metales de tierras raras, como todos los elementos pesados, ionizan moléculas de agua que se convierten en los llamados radicales libres y comienzan a matar las células vecinas. Este método de tratamiento del cáncer no puede competir con la quimioterapia en precio, pero se supone que es menos dañino porque permite el tratamiento local de tumores, incluso en el cerebro.