Los "puntos" fluorescentes, es decir, partículas diminutas que pueden emitir luz, tienen una multitud de aplicaciones biomédicas prometedoras, desde ayudar a los médicos a identificar mejor los márgenes del tumor hasta administrar un fármaco en las profundidades del cuerpo. Sin embargo, hacer tales puntos suele ser un proceso largo y tedioso que utiliza productos químicos agresivos. Ahora, los investigadores financiados por NIBIB están desarrollando un punto fluorescente que no solo es más fácil de fabricar, sino que utiliza materiales ecológicos.

"Este estudio de prueba de principio describe un nuevo enfoque 'verde' para fabricar nanomateriales fluorescentes, que son moléculas prometedoras en el campo biomédico", dijo Tatjana Atanasijevic, Ph.D., directora del programa NIBIB en Sondas moleculares y agentes de imagen. "La investigación descrita aquí proporciona información fundamental que podría conducir a una forma más económica y segura de sintetizar este importante tipo de nanopartícula".

Los métodos de síntesis tradicionales para puntos fluorescentes generalmente requieren el uso de solventes orgánicos, que son efectivos para ayudar a descomponer sustancias y facilitar las reacciones químicas. Sin embargo, los solventes orgánicos pueden ser inflamables, volátiles y cancerígenos, y son potencialmente peligrosos si no se manipulan correctamente. Además, la síntesis de puntos fluorescentes suele llevar mucho tiempo y es compleja, lo que representa una variedad de desafíos para la fabricación a gran escala.

Pero los investigadores del Centro Médico de la Universidad de Nebraska (UNMC) están trabajando en una estrategia alternativa. Combinan ácido hialurónico, un carbohidrato común, junto con aminoácidos específicos (las moléculas que constituyen las proteínas). Ambos componentes son abundantes en nuestros cuerpos y, lo que es más importante, ambos pueden disolverse en agua. Esta última característica niega la necesidad de disolventes orgánicos tóxicos.

"A diferencia de los puntos fluorescentes tradicionales, nuestros puntos combinan dos materiales naturales", explicó el autor principal del estudio, Aaron Mohs, Ph.D., profesor asociado en el departamento de ciencias farmacéuticas de la UNMC. "Esto no solo facilita la síntesis de nuestro nanomaterial, ya que podemos purificar los puntos usando solo agua, sino que también aprovecha la biocompatibilidad de estas moléculas, convirtiéndolas potencialmente en una nanopartícula ideal para una variedad de entornos diferentes". La investigación de Mohs sobre estos puntos fluorescentes se informó recientemente en la revista ACS Omega .

Por lo general, cuando los investigadores crean partículas fluorescentes, utilizan un material de partida que tiene propiedades fluorescentes. Sin embargo, ni el ácido hialurónico ni los aminoácidos son especialmente fluorescentes por sí solos. Para hacer que sus puntos brillen, Mohs y sus colegas aprovechan la química única que ocurre cuando estos materiales se combinan. A medida que el ácido hialurónico interactúa con ciertos aminoácidos, los electrones que comparten estas moléculas pueden quedar confinados, lo que afecta la forma en que reaccionan los electrones cuando se exponen a longitudes de onda de luz particulares. Este fenómeno se conoce como emisión mejorada reticulada. ¿El resultado? Los puntos brillan en azul bajo condiciones específicas, lo que permite visualizar las nanopartículas en las células.

Más allá de las aplicaciones de imágenes biomédicas, los investigadores querían investigar si estas nanopartículas fluorescentes podrían usarse para la administración de fármacos. Cargaron sus puntos con doxorrubicina, un quimioterapéutico común contra el cáncer, y evaluaron sus propiedades liberadoras de fármacos y sus efectos citotóxicos. En comparación con la doxorrubicina estándar, los puntos cargados con doxorrubicina liberaron el fármaco más lentamente en los ensayos estándar de liberación de fármacos y mostraron una destrucción mejorada en las células de cáncer de mama. "Si bien una cantidad apreciable de doxorrubicina estándar se bombea fuera de las células a través de los mecanismos de salida del fármaco, cuando atrapamos el fármaco dentro del punto, es probable que estemos eludiendo un poco este efecto", explicó el primer autor del estudio, Deep Bhattacharya, Ph.D., quien ahora es científico sénior en Pfizer. "Este atrapamiento en el nanodot permite una mayor carga útil terapéutica y una liberación prolongada de doxorrubicina en las células".

Mohs señaló que este trabajo de prueba de concepto es solo el comienzo de sus puntos fluorescentes. "Nos gustaría hacer más modificaciones a estos puntos para hacerlos mejores para la detección biológica en los tejidos", dijo. "Pero este estudio inicial demostró tanto las propiedades de obtención de imágenes como de administración de fármacos de estos puntos, que podemos fabricar utilizando materiales ecológicos". + Explora más

Nanopartícula que encapsula fármacos para medir cómo las formulaciones de quimioterapia contra el cáncer entran en las células