(PhysOrg.com) - Usando nanocajas de oro de fácil preparación que pueden escapar del torrente sanguíneo y acumularse en tumores, un equipo de investigadores de la Universidad de Washington en St. Louis ha demostrado que pueden usar luz láser para matar tumores humanos en ratones. Los resultados de este estudio, que fue dirigido por Younan Xia y Michael Welch, han sido publicados en la revista Pequeña .
Aunque el uso de nanocajas de oro para tratar el cáncer humano aún está a varios años de los ensayos clínicos, los investigadores se sienten animados por sus hallazgos recientes. "Vimos cambios significativos en el metabolismo y la histología de los tumores, "dice el Dr. Welch, "lo cual es notable dado que el trabajo fue exploratorio, la 'dosis' del láser no se había maximizado, y los tumores se dirigieron 'pasivamente' en lugar de 'activamente' ".
Las nanojaulas en sí mismas son inofensivas en ausencia de energía lumínica. "Las sales de oro y los coloides de oro se han utilizado para tratar la artritis durante más de 100 años, "dice el Dr. Welch." La gente sabe lo que hace el oro en el cuerpo y es inerte, así que esperamos que este sea un enfoque no tóxico ".
Las nanojaulas de oro son cajas huecas hechas precipitando oro sobre nanocubos de plata. La plata se erosiona simultáneamente desde el interior del cubo, entrando en solución a través de los poros que se abren en las esquinas recortadas del cubo. Suspensiones de las nanojaulas de oro, que son aproximadamente del mismo tamaño que una partícula de virus, no siempre son amarillas, como era de esperar, pero en cambio puede ser de cualquier color del arco iris. El color de una suspensión de nanojaulas depende del grosor de las paredes de las jaulas y del tamaño de los poros en esas paredes. Como su color su capacidad para absorber la luz y convertirla en calor se puede controlar con precisión. "La clave de la terapia fototérmica, "dice el Dr. Xia, "es la capacidad de las jaulas para absorber la luz de manera eficiente y convertirla en calor".
Las nanojaulas de oro se colorean gracias a un proceso conocido como resonancia de plasmón superficial. Algunos de los electrones del oro no están anclados a átomos individuales, sino que forman un gas de electrones que flota libremente, El Dr. Xia explica. La luz que cae sobre estos electrones puede hacer que oscilen como uno solo. Esta oscilación colectiva, el plasmón de superficie, elige una longitud de onda en particular, o color, fuera de la luz incidente, y esto determina el color que una nanojaula de oro determinada toma en solución. La resonancia y el color se pueden ajustar en una amplia gama de longitudes de onda alterando el grosor de las paredes de las jaulas. Para aplicaciones biomédicas, El Dr. Xia y sus colegas ajustaron las jaulas para absorber luz a 800 nanómetros, una longitud de onda que cae en una ventana de transparencia del tejido que se encuentra entre 750 y 900 nanómetros, en la parte del espectro del infrarrojo cercano. La luz en este punto dulce puede penetrar hasta varias pulgadas en el cuerpo (ya sea desde la piel o el interior del tracto gastrointestinal u otros sistemas de órganos).
La conversión de luz en calor surge del mismo efecto físico que el color. La resonancia del plasmón superficial tiene dos partes. En la frecuencia resonante, Por lo general, la luz se dispersa fuera de las jaulas y es absorbida por ellas. Controlando el tamaño de las jaulas, El Dr. Xia y sus colaboradores los adaptan para lograr la máxima absorción. También afinan la capacidad de las nanojaulas para permanecer en el torrente sanguíneo recubriéndolas con un polímero biocompatible conocido como polietilenglicol (PEG).
En el laboratorio del Dr. Welch, los ratones que tenían tumores en ambos flancos se dividieron aleatoriamente en dos grupos. Los ratones de un grupo fueron inyectados con las nanocajas recubiertas de PEG y los del otro grupo con una solución tampón. Varios días después, el tumor derecho de cada animal se expuso a un láser de diodo durante 10 minutos. Luego, el equipo empleó varias técnicas de imágenes no invasivas diferentes para seguir los efectos de la terapia. Durante la irradiación, Las imágenes térmicas de los ratones se realizaron con una cámara de infrarrojos. Como ocurre con otros animales que regulan automáticamente su temperatura corporal, las células de ratón funcionan de manera óptima sólo si la temperatura corporal del ratón se mantiene entre 36,5 y 37,5 grados Celsius. A temperaturas superiores a 42 grados Celsius (107 grados Fahrenheit) las células comienzan a morir a medida que las proteínas cuyo funcionamiento adecuado las mantiene comienzan a desarrollarse.
Las imágenes infrarrojas obtenidas mientras se irradiaban los tumores con un láser muestran que en ratones inyectados en nanojaulas, la superficie del tumor rápidamente se calentó lo suficiente como para matar las células. En ratones inyectados con tampón, la temperatura apenas se movió. En efecto, en los ratones inyectados en nanojaula, la temperatura de la superficie de la piel aumentó rápidamente de 32 grados Celsius a 54 grados C, mientras que en los ratones inyectados con tampón, la temperatura de la superficie se mantuvo por debajo de la temperatura corporal normal de 37 grados Celsius.
Para ver qué efecto tuvo este calentamiento en los tumores, a los ratones se les inyectó un agente de contraste para tomografía por emisión de positrones (PET) que se usa para medir el metabolismo celular. Los tumores de los ratones inyectados en nanojaulas fueron significativamente más débiles en las exploraciones PET que los de los ratones inyectados con tampón. indicando que muchas células tumorales ya no estaban funcionando. Los escáneres de emisión de positrones realizados después del tratamiento fototérmico mostraron que los tumores en ratones inyectados con tampón seguían siendo metabólicamente activos. mientras que los de los ratones inyectados en nanojaulas no lo fueron. Esta especificidad es lo que hace que la terapia fototérmica sea tan atractiva como una terapia contra el cáncer. Más tarde se descubrió que los tumores en los ratones tratados con nanocaja tenían marcados signos histológicos de daño celular.
A pesar de estos resultados, El Dr. Xia no está satisfecho con la focalización pasiva. Aunque los tumores ocuparon suficientes nanocajas de oro para darles un tono negro, sólo el 6 por ciento de las partículas inyectadas se acumularon en el sitio del tumor. Le gustaría que ese número se acercara al 40 por ciento para que se tuvieran que inyectar menos partículas. Planea unir ligandos hechos a medida a las nanocajas que reconocen y bloquean los receptores en la superficie de las células tumorales. Además de diseñar nanocajas que se dirijan activamente a las células tumorales, el equipo está considerando cargar las partículas huecas con un medicamento para combatir el cáncer, de modo que el tumor sería atacado en dos frentes.
Este trabajo, que fue apoyado por el Instituto Nacional del Cáncer, se detalla en el artículo "Nanocages de oro como transductores fototérmicos para el tratamiento del cáncer". Un resumen de este artículo está disponible en el sitio web de la revista.
