Las nanopartículas tienen un gran potencial en medicina:para diagnóstico, como vehículo de sustancias activas o herramienta para eliminar tumores mediante calor. Los investigadores de ETH Zurich ahora han desarrollado partículas que son relativamente fáciles de producir y tienen una amplia gama de aplicaciones.

Si coloca su mano sobre una antorcha encendida en la oscuridad, parece brillar en rojo. Esto se debe a que los rayos de luz roja de longitud de onda larga penetran en el tejido humano con mayor eficacia que la luz azul de longitud de onda corta. Los investigadores de ETH Zurich explotan este hecho en un nuevo tipo de nanopartículas:las llamadas partículas plasmónicas, que se calientan cuando absorben la luz del infrarrojo cercano. Esto podría permitirles matar el tejido tumoral con calor, por ejemplo.

El oro es un material popular para nanopartículas utilizadas terapéuticamente, ya que se tolera bien y no suele desencadenar reacciones indeseables. En la característica forma de bola o esfera de las nanopartículas, sin embargo, el oro no tiene las propiedades necesarias para funcionar como una partícula plasmónica que absorbe lo suficiente en el espectro de luz del infrarrojo cercano para calentarse. Para hacerlo necesita ser moldeado en una forma especial, como una vara o un caparazón, para que los átomos de oro adopten una configuración que empiece a absorber la luz del infrarrojo cercano, generando así calor. Producir tales nanobarras o nanoconchas en cantidades suficientes, sin embargo, es complejo y caro.

Agregados en lugar de varillas

Un equipo de investigadores encabezado por Sotiris Pratsinis, Profesor de Tecnología de Partículas en ETH Zurich, ahora ha descubierto un truco para fabricar partículas de oro plasmónico en grandes cantidades. Utilizaron su conocimiento existente sobre nanopartículas plasmónicas y fabricaron nanopartículas de oro en forma de esfera que muestran las propiedades plasmónicas del infrarrojo cercano deseadas al permitir que se agreguen. Cada partícula se recubre con una capa de dióxido de silicio de antemano, que actúa como un marcador de posición entre las esferas individuales en el agregado. A través de la distancia definida con precisión entre varias partículas de oro, los investigadores transforman las partículas en una configuración que absorbe la luz del infrarrojo cercano y, por lo tanto, genera calor.

"La capa de dióxido de silicio tiene otra ventaja", explica Georgios Sotiriou, primer autor del estudio y, hasta hace poco, un postdoctorado en el grupo de investigación de Pratsinis y actualmente miembro de la Swiss National Science Foundation Fellow en la Universidad de Harvard:"Evita que las partículas se deformen cuando se calientan". Este es un problema importante con las nanovarillas. Si las varillas pierden su forma al calentarse, pierden sus propiedades plasmónicas deseadas y ya no pueden absorber suficiente luz infrarroja cercana para generar calor.

Los investigadores ya han probado las nuevas partículas en células de cáncer de mama en una placa de Petri y han descubierto que después de la exposición a la luz del infrarrojo cercano, las nanopartículas se calentaron lo suficiente como para matar las células. mientras que las células sobrevivieron en experimentos de control (con partículas pero sin radiación y con radiación pero sin nanopartículas).

Combinación con gran potencial

Para poder dirigir las partículas específicamente hacia el tejido canceroso, los investigadores también mezclaron partículas de óxido de hierro superparamagnéticas con las partículas de oro, que permiten controlar los nanoagregados mediante campos magnéticos y pueden potenciar su acumulación en un tumor. Es más, esto abre la posibilidad de calentar los agregados en capas profundas de tejido que la luz infrarroja ya no puede alcanzar a través de la hipertermia magnética. Aquí, el calentamiento de las partículas es inducido por un campo magnético, donde los polos positivo y negativo se alternan rápidamente.

"Aún quedan muchas preguntas por responder antes de que las partículas se puedan utilizar en humanos", dice Jean-Christophe Leroux, Profesor de Formulación y Entrega de Medicamentos en ETH Zurich, quien también participó en el proyecto de investigación. Aunque oro, el dióxido de silicio y el óxido de hierro son bien tolerados, qué sucede con los agregados de partículas en el cuerpo a lo largo del tiempo, ya sea que se acumulen en el hígado o se descompongan y excreten, por ejemplo, todavía necesita ser investigado.

Las nanopartículas híbridas de óxido de hierro y oro no solo pueden eliminar las células tumorales mediante el calor; También podrían utilizarse como medio de contraste para procesos de formación de imágenes en el diagnóstico por resonancia magnética. como se investigó en colaboración con el Hospital Universitario de Zúrich, o como parte de un vehículo que transporta sustancias activas. "Incluso podría acoplar las partículas con transportadores de fármacos sensibles a la temperatura, que permitiría la liberación del fármaco si se superara una determinada temperatura ", explica Sotiriou. Esto permitiría reducir o incluso evitar los efectos secundarios indeseables en el resto del cuerpo.