Investigadores de la Universidad Rice y la Facultad de Medicina de Baylor (BCM) han creado una sola nanopartícula que se puede rastrear en tiempo real con resonancia magnética mientras se concentra en las células cancerosas, las etiqueta con un tinte fluorescente y las mata con calor. La partícula todo en uno es uno de los primeros ejemplos de un campo en crecimiento llamado "teranóstica" que desarrolla tecnologías que los médicos pueden usar para diagnosticar y tratar enfermedades en un solo procedimiento.
La investigación está disponible en línea en la revista Advanced Functional Materials. Hasta ahora, las pruebas involucran cultivos celulares de laboratorio, pero los investigadores dijeron que el seguimiento de resonancia magnética será particularmente ventajoso a medida que avanzan hacia las pruebas en animales y personas.
"Algunas de las preguntas más esenciales en la nanomedicina actual son sobre la biodistribución: dónde entran las partículas en el cuerpo y cómo llegan allí", dijo la coautora del estudio, Naomi Halas. "Las pruebas no invasivas para la biodistribución serán enormemente útiles en el camino hacia la aprobación de la FDA, y esta técnica, que agrega la funcionalidad de IRM a la partícula que está probando y usando como terapia, es una forma muy prometedora de hacerlo".
Halas, Profesor Stanley C. Moore de Rice en Ingeniería Eléctrica e Informática y profesor de química e ingeniería biomédica, es un pionero en nanomedicina. Las partículas todo en uno se basan en nanocapas, partículas que ella inventó en la década de 1990 y que actualmente se encuentran en ensayos clínicos en humanos para el tratamiento del cáncer. Las nanocápsulas recolectan luz láser que normalmente atravesaría el cuerpo de manera inofensiva y la convierten en calor que mata tumores.
Al diseñar la nueva partícula, Halas se asoció con Amit Joshi, profesor asistente en la División de Imágenes Moleculares de BCM, para modificar las nanocápsulas agregando un tinte fluorescente que brilla cuando es golpeado por luz infrarroja cercana (NIR). La luz NIR es invisible e inofensiva, por lo que las imágenes NIR podrían proporcionar a los médicos un medio para diagnosticar enfermedades sin cirugía.
Al estudiar formas de adherir el tinte, la estudiante graduada de Halas, Rizia Bardhan, descubrió que las moléculas del tinte emitían entre 40 y 50 veces más luz si se dejaba un pequeño espacio entre ellas y la superficie de la nanocapa. La brecha tenía solo unos pocos nanómetros de ancho, pero en lugar de desperdiciar el espacio, Bardhan insertó una capa de óxido de hierro que sería detectable con resonancia magnética. Los investigadores también adjuntaron un anticuerpo que permite que las partículas se unan a la superficie de las células de cáncer de mama y de ovario.
En el laboratorio, el equipo rastreó las partículas fluorescentes y confirmó que apuntaban a las células cancerosas y las destruían con calor. Joshi dijo que el siguiente paso será destruir tumores completos en animales vivos. Él estima que las pruebas en humanos están al menos dentro de dos años, pero el objetivo final es un sistema en el que un paciente recibe una inyección que contiene nanopartículas con anticuerpos que se adaptan al cáncer del paciente. Usando imágenes NIR, MRI o una combinación de ambas, los médicos observarían el progreso de las partículas a través del cuerpo, identificarían las áreas donde existen tumores y luego los matarían con calor.
"Esta partícula ofrece cuatro opciones: dos para imágenes y dos para terapia", dijo Joshi. "Visualizamos esto como una tecnología de plataforma que presentará a los profesionales una selección de opciones para el tratamiento dirigido".
Eventualmente, dijo Joshi, espera desarrollar versiones específicas de las partículas que puedan atacar el cáncer en diferentes etapas, particularmente el cáncer en etapa temprana, que es difícil de diagnosticar y tratar con la tecnología actual. Los investigadores también esperan usar diferentes etiquetas de anticuerpos para atacar formas específicas de la enfermedad. Halas dijo que el equipo ha tenido cuidado de elegir componentes que ya están aprobados para uso médico o que ya están en ensayos clínicos.
"Lo bueno es que cada uno de los componentes de esto ha sido aprobado o está en camino hacia la aprobación de la FDA", dijo Halas. "Estamos reuniendo componentes que tienen buenos antecedentes comprobados".
Bardhan y el investigador postdoctoral de BCM, Wenxue Chen, son coautores principales del artículo. Los coautores adicionales de Rice incluyen a Emilia Morosan, profesora asistente de física y astronomía, y los estudiantes graduados Ryan Huschka y Liang Zhao. Otros coautores de BCM incluyen a Robia Pautler, profesora asistente de neurociencia y radiología, el investigador postdoctoral Marc Bartels y el estudiante graduado Carlos Pérez-Torres.
La investigación fue patrocinada por la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea, la Fundación Welch y la Iniciativa de Investigación Universitaria Multidisciplinaria del Departamento de Defensa.
