El químico de materiales de Sandia National Laboratories, Dale Huber, ha estado trabajando en el desafío de hacer que las nanopartículas a base de hierro tengan exactamente el mismo tamaño durante 15 años.

Ahora, él y sus colaboradores a largo plazo en Imagion Biosystems utilizarán estas nanopartículas magnéticas para su primer ensayo clínico de cáncer de mama a finales de este año. Las nanopartículas se adhieren a las células del cáncer de mama, permitiendo la detección y eliminación de metástasis incluso pequeñas.

Imagion Biosystems y Huber han estado trabajando juntos en la síntesis de nanopartículas desde la apertura del Centro de Nanotecnologías Integradas en 2006.

"Tener acceso al grupo de talentos en CINT con expertos como Dale Huber ha sido útil, "dijo Bob Proulx, CEO de Imagion Biosystems. "Adicionalmente, el hecho de que CINT cuente con un programa de usuario que permite a la industria acceder a las instalaciones y equipos que, de lo contrario, Sería demasiado caro para una empresa pequeña como la nuestra. El trabajo inicial que hicimos con CINT para desarrollar un método para dar un control preciso sobre el tamaño de la nanopartícula fue clave para nuestra tecnología de relaxometría magnética MagSense para la detección del cáncer ".

CINT es una instalación de usuario operada conjuntamente por Sandia y el Laboratorio Nacional de Los Alamos para la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía de EE. UU. CINT proporciona acceso gratuito a equipos de última generación y científicos líderes en el mundo para investigadores de nanociencia en la academia y la industria. siempre que publiquen los resultados en revistas científicas.

Las nanopartículas magnéticas están recubiertas con anticuerpos contra el cáncer, que se adhieren específicamente a las células cancerosas. Un diminuto pulso magnético, aproximadamente de la fuerza de un imán de refrigerador y cientos de veces más débil que el producido por una máquina de resonancia magnética, puede detectar la diferencia entre las nanopartículas adheridas a las células cancerosas y las que flotan libremente. permitiendo la detección de metástasis muy pequeñas.

Síntesis de precisión de nanopartículas magnéticas

Sin embargo, para que funcione el método de detección de cáncer de Imagion Biosystems, todas las nanopartículas tienen que tener casi exactamente el mismo tamaño.

"Una variación del 2 por ciento es la diferencia entre perfecto y casi inútil, "dijo Huber. Añadió riendo, "Me abrió los ojos y si lo hubiera sabido al principio, Puede que no hubiera aceptado el desafío ".

Erika Vreeland, quien trabajó con Huber durante su tesis doctoral para desarrollar síntesis reproducible y fue contratada por Imagion Biosystems para ser su científica jefe de nanopartículas después de graduarse, dijo:"Eliminamos toda la brujería de la reacción".

El método estándar para hacer nanopartículas de hierro es combinar los ingredientes y calentar la mezcla a aproximadamente 650 grados Fahrenheit. La rapidez con que aumenta el calor determina el tamaño de las nanopartículas, dijo Huber. Sin embargo, como tu horno en casa, sobrepasará la temperatura crítica y luego se enfriará hasta nivelarse. Cuánto sobrepasa la temperatura esta temperatura crítica también afecta el tamaño, produciendo nanopartículas más de un 15 por ciento más grandes o más pequeñas.

En lugar de, Vreeland y Huber desarrollaron un método en el que agregan lentamente los ingredientes a un baño de metal fundido cuya temperatura varía menos de medio grado. Esto produce nanopartículas con una variación de tamaño inferior al 2 por ciento. Huber dijo:"No es la forma más fácil de producir partículas, pero por eso son mucho mejores ".

El equipo no solo descubrió un método altamente reproducible para hacer las partículas diminutas, también transfirieron el proceso dos veces:una a Imagion y otra a ChemConnection, un fabricante de nanopartículas en los Países Bajos que puede fabricar las nanopartículas bajo las estrictas regulaciones de la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU. y la Unión Europea necesarias para su uso en ensayos clínicos con pacientes.

"La síntesis se transfirió al laboratorio en los Países Bajos mientras se mantenía el control de tamaño, "dijo Huber." Esto es enorme. Todo cambia, incluso los puntos de ebullición, porque Holanda está básicamente al nivel del mar ".

Ensayo clínico para detectar la propagación del cáncer de mama este otoño

Después de que ChemConnection hace varios lotes, Imagion Biosystems realizará algunos ensayos preclínicos para verificar que las partículas no sean tóxicas. Luego, ChemConnection producirá una pequeña cantidad de nanopartículas, comparable a media cucharadita de azúcar, para los ensayos clínicos de cáncer de mama de Imagion Biosystems.

"Debido a que las nanopartículas son uniformes y tienen excelentes propiedades magnéticas, no necesitamos mucho. Esperamos que a un paciente se le inyecte como máximo 1 miligramo de partículas, "dijo Vreeland.

Se seleccionarán todos los pacientes para el primer ensayo clínico porque el régimen de tratamiento de sus oncólogos incluye la extirpación de ganglios linfáticos y una biopsia. Antes de que a cada paciente se le extirpen quirúrgicamente varios ganglios linfáticos, las nanopartículas magnéticas, recubierto con los anticuerpos específicos del cáncer de mama, se inyectará en el sitio de los tumores conocidos. Después de la extracción pero antes de la biopsia, El sistema de detección de Imagion Biosystems examinará los ganglios linfáticos extirpados para buscar la propagación del cáncer.

Vreeland dijo que espera que el método de Imagion Biosystems sea tan preciso como un patólogo, con el objetivo final de utilizar este método primero para buscar cáncer y eliminar la necesidad de extirpar los ganglios linfáticos libres de cáncer.

"Nuestra aspiración número uno es que las nanopartículas se conviertan en un uso clínico regular con nuestra tecnología de detección de cáncer MagSense. Más allá de eso, creemos que las nanopartículas pueden ser fundamentales en una amplia variedad de aplicaciones biomédicas, incluidos los usos en el tratamiento del cáncer u otras enfermedades, "dijo Proulx.

Colaboración continua para caracterizar nanopartículas y resolver problemas

CINT e Imagion Biosystems continuaron la colaboración más allá del esfuerzo por producir nanopartículas magnéticas de tamaño idéntico. Vreeland dijo:"Todavía nos encontramos con todo tipo de problemas todo el tiempo, por lo que poder hablar con Dale u otros científicos sobre algunos de los desafíos que enfrentamos es realmente invaluable".

El bioingeniero de Sandia, George Bachand, ayudó con los primeros estudios de toxicología y focalización celular. El investigador de Sandia, John Reno, ayudó a caracterizar el tamaño y la forma de las nanopartículas, utilizando dispersión de rayos X de ángulo pequeño.

La dispersión de rayos X de ángulo pequeño es un método para determinar el tamaño y la distribución del tamaño de materiales a nanoescala. "Con el instrumento de dispersión de rayos X de CINT podemos calcular exactamente el tamaño de las partículas en 15 minutos. Hace siete u ocho años, llevaría una semana averiguar lo mismo usando microscopía electrónica, "dijo Huber.

Esta medición de tamaño casi en tiempo real permitió a Vreeland predecir cómo terminaría la reacción y validar que estaban en el camino correcto. ella dijo. El equipo utilizó otros instrumentos CINT para caracterizar la fuerza magnética y los recubrimientos de las nanopartículas.

Además de acceder a los expertos y equipos de CINT a través de su programa de usuario, la asociación con Imagion Biosystems fue apoyada por varias subvenciones del Programa de Asistencia para Pequeñas Empresas de Nuevo México, que puede respaldar la investigación patentada.

El equipo ha publicado varios artículos de la colaboración, incluido uno en Química de Materiales en 2015.