Nanopartículas de oro contra el cáncer

Articulo original del Dr. Emmanuel Fort, publicado en The Conversation.

El oro tiene unas propiedades extraordinarias. Se usa en joyería, pero también en la lucha contra el cáncer. Hay en marcha en los EE.UU., en este momento, varios ensayos clínicos en que se trata a pacientes con nanopartículas de oro.

En su estado natural, el oro es un metal amarillo, químicamente inerte, no corrosible, cualidades que lo convierten en un material noble que no se degrada con el tiempo. Todo ello, junto a su maleabilidad, es lo que lo ha convertido en el favorito de los joyeros.

Sección de un tumor al microscopio

Sección de un tumor al microscopio. Las dos formas blancas son vasos sanguíneos. Dentro, nanopartículas de oro contra las paredes.

© Mariana Varna-Pannerec (ESPCI), proporcionada por el autor

En el plano nanométrico –esto es, en medidas de millonésimas de metro- el oro tiene otras propiedades notables. A esta escala, las partículas de oro adoptan colores de acuerdo con su forma y tamaño. Esta propiedad se ha usado desde antiguo para colorear el cristal y la loza, dándoles, por ejemplo, un intenso tono rubí. Cuando la luz incide en las nanopartículas, excita los electrones, que empiezan a oscilar. Esta oscilación es particularmente intensa con un color dado en el espectro visible. Es lo que se llama resonancia.

Cambiando la forma y el tamaño de las nanopartículas, es posible elegir la frecuencia de resonancia con mayor interacción de la luz. Las partículas se comportan como diminutas pero muy eficaces antenas y, aunque son extremadamente pequeñas y altamente diluidas, pueden lograr que el cristal adopte colores vibrantes.

Copa romana del siglo IV d.C., sin iluminar

La copa romana de Licurgo, del siglo IV d.C. Cuando se ilumina desde el interior, aparece un bonito color rubí, efecto de las nanopartículas de oro y plata que contiene el cristal.

©Trustees of the British Museum.

Las nanopartículas se calientan, como consecuencia incidental de esa interacción con la luz. Esta notable propiedad es la razón de que se use en las nuevas terapias contra el cáncer. La idea es destruir el tumor con fototermia; dicho de otra forma, calentar localmente los tumores “decorados” con nanopartículas de oro mediante su exposición a la luz.

La terapia consiste en inyectar nanopartículas de oro a los pacientes, en sangre. Dado que este metal es biocompatible, aparentemente no presenta peligro para la salud, en las concentraciones usadas en terapia, según nuestros estudios previos, llevados a cabo con ratones. Con todo, aún no se han resuelto todas las cuestiones relativas a estas nuevas aplicaciones. El sistema autoinmune no detecta las nanopartículas. Su tamaño nanométrico significa que son generalmente cien veces más pequeñas que las células, lo que les permite moverse libremente en el torrente sanguíneo y entrar en el tumor.

En este punto deben concentrarse en el interior de los tumores, muchos de los cuales son muy vasculosos (forman de modo natural una red de vasos sanguíneos que les permite crecer). Las partículas se acumulan fácilmente en el interior del tumor, pues la estructura alterada de los vasos sanguíneos del área tumoral los hace más permeables, facilitando la retención de las partículas.

Copa romana del siglo IV, iluminada desde el interior

La misma copa, sin iluminación interior

©Trustees of the British Museum CC BY-NC-SA

Los tumores “decorados” con las nanopartículas se exponen a la luz, de modo que se calienten y se destruyan. En este punto, el reto es doble. La luz debe penetrar en el cuerpo y alcanzar el tumor, pero el proceso no debe calentar el tejido sano. La elección de la frecuencia es vital, por esta razón. Se debe iluminar las partículas de modo que lleguen a su frecuencia de resonancia, pero es esencial que los tejidos sin nanopartículas no absorban la luz.

Nuestro cuerpo absorbe la radiación lumínica en la parte visible del espectro (o sea, todos los colores del arco iris), pero no es el caso de las radiaciones infrarrojas. Podemos comprobar esto poniendo una mano sobre una luz blanca intensa: sólo el color rojo (en el límite del infrarrojo) aparece a través de la mano.

Este rango del espectro en las cercanías del infrarrojo se llama a menudo la “ventana terapéutica”, que es el rango de uso de un tratamiento médico. En el espectro visible, la hemoglobina absorbe principalmente la luz, mientras que la radiación más allá del infrarrojo la absorbe el agua contenida en el cuerpo.

Nanopartículas con formas específicas

Variando la forma de las nanopartículas es posible ajustar su frecuencia de resonancia de modo que se acerque a la ventana terapéutica del infrarrojo. Esto se lleva a cabo con nanopartículas formadas por un núcleo de silicio recubierto de oro, con nano-barras de oro o con nano-jaulas de forma cúbica, por ejemplo. Nuestros estudios pre-clínicos (con animales) nos han permitido probar la seguridad y efectividad de diferentes formas de nanopartículas.

En el espectro terapéutico, la luz atraviesa nuestro cuerpo, pro éste no es absolutamente transparente. No se pueden ver los huesos, como con rayos-X. Resulta también muy difícil “iluminar” un tumor con un rayo de luz desde fuera del cuerpo, pues la luz debe atravesar tejido sano para alcanzarlo.

Todo esto causa que en los estudios animales los tumores se irradien con luz desde más cerca, insertando a través de la piel una aguja conductora, mediante fibra óptica, de un láser infrarrojo. Esto permite que la luz sea mucho más intensa en las áreas afectadas.

Estudios en marcha en cánceres en cabeza y cuello

Mediante la luz, las nanopartículas se calientan y “cuecen” el tumor, destruyendo las células cancerosas. Se han llevado a cabo estudios extensivos en animales, en cánceres en el cerebro, próstata y páncreas, por ejemplo. En Estados Unidos hay ensayos clínicos con pacientes afectados por cánceres resistentes a los tratamientos habituales en la cabeza y en el cuello, y en cánceres de pulmón y próstata mediante la terapia AuroLase (Nanospectra Bioscience)

Copa romana del siglo IV d.C., sin iluminar

Las nanopartículas se inyectan en un ratón con un tumor. Cinco horas más tarde se examina al microscopio una sección del tumor (centro). Se pueden ver las nanopartículas.

©Mariana Varna-Pannerec (ESPCI), proporcionada por el autor

Alternativamente, se pueden usar nanopartículas no como un arma en sí, sino como vehículo de transporte (un vector) para llevar a destino moléculas de fármacos, por ejemplo. Esta técnica requiere menos calor y el uso de vectores reduce la toxicidad de los tratamientos quimioterapéuticos, porque “apuntan” mejor a las células cancerosas.

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El caballo de Troya

Es posible incrementar el número de nanopartículas de oro en un tumor, por encima y más allá del efecto de una simple acumulación pasiva. Dan mejores resultados si se cubren con moléculas (anticuerpos) que se unen a las células cancerosas, que reconocen mediante las proteínas de la membrana celular. Otras técnicas adoptan la estrategia del caballo de Troya, que se vale de un tipo de glóbulos blancos, los micrófagos, que, llenos de nanopartículas, penetran más profundamente en el tumor.

La fototermia con nanopartículas de oro es una prometedora nueva terapia para el tratamiento del cáncer. Se ha empezado a usar experimentalmente en pacientes con determinados cánceres específicos y aún es necesario seguir investigando para adoptarla con mayor amplitud. La técnica deberá depurarse para centrarse más efectiva y exclusivamente en el tumor. Con las investigaciones en marcha, esta terapia estará disponible, junto a los tratamientos habituales -quimioterapia y radioterapia- dentro de algunos años.

Logotipo de Axa Research

Creada en 2007, la Axa Research Fund patrocina y financia más de 500 proyectos en todo el mundo, dirigidos por investigadores de 51 nacionalidades.

Traducido del inglés por NetDoctor

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