Muchas tecnologías de diagnóstico por imágenes y sus agentes de contraste (sustancias químicas que se utilizan durante las exploraciones para ayudar a detectar tumores y otros problemas) implican exposición a radiación o metales pesados. que presentan riesgos potenciales para la salud de los pacientes y limitan las formas en que se pueden aplicar. En un esfuerzo por mitigar estos inconvenientes, Una nueva investigación de ingenieros de la Universidad de Pensilvania muestra una forma de recubrir un agente de contraste a base de hierro para que solo interactúe con el ambiente ácido de los tumores. haciéndolo más seguro, más barato y más eficaz que las alternativas existentes.
La investigación fue realizada por el profesor asociado Andrew Tsourkas y el estudiante graduado Samuel H. Crayton del departamento de bioingeniería de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Penn. Fue publicado en la revista ACS Nano.
Imagen de resonancia magnética, o resonancia magnética, es una característica cada vez más común de la atención médica. Usando un campo magnético fuerte para detectar e influir en la alineación de las moléculas de agua en el cuerpo, La resonancia magnética puede producir rápidamente imágenes de una amplia gama de tejidos corporales, aunque la claridad de estas imágenes a veces es insuficiente para el diagnóstico. Para mejorar la diferenciación (o contraste) entre tumores y tejido sano, los médicos pueden aplicar un agente de contraste, como nanopartículas que contienen óxido de hierro. El óxido de hierro puede mejorar las imágenes de resonancia magnética debido a su capacidad para distorsionar el campo magnético del escáner; las áreas en las que se concentran se destacan con mayor claridad.
Estas nanopartículas, que han sido aprobados recientemente en los Estados Unidos para uso clínico como agentes de contraste, están literalmente cubiertos de azúcar; una capa externa de dextrano evita que las partículas se adhieran o sean absorbidas por el cuerpo y puedan enfermar al paciente. Este recubrimiento no reactivo permite que el óxido de hierro se elimine después de que se complete la imagen, pero también significa que las partículas no pueden dirigirse a un tipo particular de tejido.
Si el agente de contraste pudiera diseñarse para que solo se adhiera al tejido que ya está enfermo, como tumores, resolvería ambos problemas a la vez. Los científicos han probado este enfoque recubriendo nanopartículas con proteínas que se unen solo a los receptores que se encuentran en el exterior de los tumores. pero no todos los tumores son iguales a este respecto.
"Una de las limitaciones de un enfoque basado en receptores es que simplemente no se alcanza todo, Tsourkas dijo:"Es difícil recomendarlos como una herramienta de detección cuando se sabe que los receptores diana solo se expresan en el 30% de los tumores".
"Una de las razones por las que nos gusta nuestro enfoque es que afecta a muchos tumores; casi todos los tumores muestran un cambio en la acidez de su microambiente".
Los ingenieros de Penn aprovecharon algo conocido como efecto Warburg, una peculiaridad del metabolismo tumoral, para sortear el problema de la orientación. La mayoría de las células del cuerpo son aeróbicas; obtienen principalmente su energía del oxígeno. Sin embargo, incluso cuando el oxígeno es abundante, las células cancerosas utilizan un proceso anaeróbico para su energía. Como músculos sobrecargados, convierten la glucosa en ácido láctico, pero a diferencia de los músculos normales, los tumores interrumpen el flujo sanguíneo a su alrededor y tienen dificultades para eliminar este ácido. Esto significa que los tumores casi siempre tienen un pH más bajo que el tejido sano circundante.
Algunas tecnologías de imágenes, como la espectroscopia de resonancia magnética, también puede aprovechar los microambientes de pH bajo de los tumores, pero requieren un costoso equipo especializado que no está disponible en la mayoría de los entornos clínicos.
Al usar glicol quitosano, un polímero a base de azúcar que reacciona con los ácidos, los ingenieros permitieron que los nanoportadores permanecieran neutrales cuando estaban cerca de tejido sano. sino ionizarse en pH bajo. El cambio de carga que se produce en la vecindad de los tumores ácidos hace que los nanoportadores sean atraídos y retenidos en esos sitios.
Este enfoque tiene otro beneficio:cuanto más maligno es un tumor, cuanto más altera los vasos sanguíneos circundantes y más ácido se vuelve su entorno. Esto significa que el glicol quitosano recubierto es un buen detector de malignidad, abriendo opciones de tratamiento más allá del diagnóstico.
"Puede tomar cualquier nanopartícula y aplicarle este recubrimiento, por lo que no se limita a la obtención de imágenes de ninguna manera, ", dijo Tsourkas." También se puede utilizar para administrar medicamentos a los sitios del tumor ".
Los investigadores esperan que, dentro de siete a 10 años, Las nanopartículas de óxido de hierro recubiertas de glicol-quitosano podrían mejorar la especificidad del cribado diagnóstico. La capacidad de detectar con precisión sitios de malignidad mediante resonancia magnética sería una mejora inmediata de los agentes de contraste existentes para ciertas exploraciones de cáncer de mama.
"El gadolinio se usa como agente de contraste en las pruebas de detección de cáncer de mama por resonancia magnética para pacientes de alto riesgo. Se recomienda a estas pacientes que se realicen una resonancia magnética además de la mamografía habitual, porque la sensibilidad de las mamografías puede ser baja, ", dijo Tsourkas." La sensibilidad de una resonancia magnética es mucho mayor, pero la especificidad es baja:el cribado detecta muchos tumores, pero muchos de ellos son benignos. Tener una herramienta como la nuestra permitiría a los médicos diferenciar mejor los tumores benignos y malignos, especialmente porque se ha demostrado que existe una correlación entre la malignidad y el pH ".
