Un equipo internacional de científicos en el que participan los investigadores de la Universidad de Jaén (UJA) Manuel Quesada Pérez y María del Mar Ramos Tejada, del Área de Física Aplicada en la Escuela Politécnica Superior de Linares (EPSL), ha desarrollado unos microgeles fabricados con nanopartículas de oro con numerosas aplicaciones en el ámbito de la biomedicina, entre ellas diagnosticar y tratar tumores como administradores de fármaco.

Los microgeles son partículas blandas micrométricas formadas por redes de polímeros entrecruzados. Estas partículas poseen la propiedad de que su tamaño y grado de porosidad puede variar con las propiedades del medio (temperatura, pH, radiación electromagnética, etc…). Esto hace que muchos investigadores consideren que los microgeles son la próxima generación de administradores de fármaco, ya que, debido a su elevada porosidad, pueden alojar moléculas de medicamento en su interior, y gracias a su tamaño, pueden viajar por los vasos más pequeños y capilares del sistema circulatorio sanguíneo y alcanzar la región patológica mediante diversos mecanismos. La liberación del fármaco debe producirse después de la absorción de los microgeles dentro de las células del tejido enfermo. En el caso de la nanomedicina, el potencial de los microgeles poliméricos es aún más prometedor cuando éstos forman sistemas híbridos constituidos por microgeles dopados con nanopartículas inorgánicas. Estos sistemas híbridos ya se han usado como nuevos agentes de contraste para la obtención de bioimágenes y en ensayos controlados antibacterianos. Sin embargo, la síntesis de estos materiales híbridos sigue siendo una tarea ardua debido a la necesidad de controlar características como el tamaño de las partículas y los niveles de dopaje, para una aplicación determinada.

En este sentido, el mayor logro de la investigación en la que participa la UJA, publicada en la revista ACS Applied Materials & Interfaces, es el de presentar una novedosa estrategia para la formación de partículas híbridas basada en el ensamblaje de microgeles termosensibles con tintes y nanopartículas de oro, mediante sucesivos pasos de incubación.

Los sistemas resultantes presentan un gran poder de encapsulación, así como una alta capacidad de fotoluminiscencia y por tanto pueden ser usados en aplicaciones de nanomedicina como son la hipertermia fotoactivada (estrategia anticancerígena basada en la eliminación de células tumorales incrementando la temperatura por encima de los 42ºC con un láser de diodo), imagen fotoacústica (técnica oncológica que combina tecnología de luz y de ultrasonido para identificar células tumorales), la internalización celular (técnica biomédica por la cual un agente farmacológico es capaz de ingresar en la célula para actuar sobre blancos moleculares intracelulares), imagen intracelular (técnica adecuada para visualizar nanopartículas en el interior de las células) y la terapia fototérmica (uso experimental de la radiación electromagnética para el tratamiento de diversas enfermedades como el cáncer). En particular, este sistema híbrido es un firme candidato teranóstico (suma de las palabras terapia y diagnóstico) como agentes para la visualización y el tratamiento simultáneo de tumores.

“El objetivo de este trabajo era explorar el uso de microgeles híbridos como nanoportadores de distintos principios activos. La idea es que, en vez de inyectar el principio activo libre, se inyecte un nanoportador que lo contenga, lo que conlleva una serie de ventajas. Por una parte, la mayoría de los principios activos son muy pequeños, por lo que rápidamente son filtrados por los riñones. Esto hace que estén poco tiempo en sangre. Para mantener una dosis adecuada, necesitamos inyectar más cantidad y de una forma más frecuente, lo que aumenta los posibles efectos secundarios. Al mismo tiempo, la selección adecuada del tamaño del vehículo puede hacer que éste tienda a acumularse en los tejidos tumorales. Esto se consigue si el nanoportador es lo suficientemente grande para no filtrarse en los huecos de los vasos sanguíneos de los tejidos sanos y lo suficientemente pequeño para atravesar los huecos de los vasos sanguíneos de los tejidos tumorales (más grandes que los sanos). Además, si el vehículo responde a estímulos externos (temperatura, pH, …), como ocurre en el caso de los microgeles estudiados, podemos controlar mediante dichos estímulos sus propiedades. Para utilizar los microgeles como nanoportadores, el primer reto, fue desarrollar una estrategia para poder introducir dentro del mismo una concentración tanto de tinte como de nanopartículas de oro, de forma que no se produzca agregación y que no se “escapen” del mismo”, declara Manuel Quesada.

El investigador de la UJA señala que una de las ventajas del uso de nanoportadores es que permiten la “multifuncionalización”, es decir, “un mismo vehículo nos permite transportar varios principios activos a la vez aumentando su funcionalidad”. En este caso, se pretendía dotar al microgel de propiedades para el teranóstico (terapia y diagnóstico de forma conjunta), aprovechando las propiedades de tintes y nanopartículas de oro. “Los tintes nos sirven de trazadores, que nos facilitan visualizar el destino del microgel comprobando la capacidad de las células de absorberlo. Además, aportan al microgel propiedades como agente de diagnóstico en fotoacústica (técnica que consiste en obtener una imagen procesando la respuesta en forma de ondas de ultrasonido a un estímulo luminoso). Por su parte, el oro confiere al microgel propiedades como agente de hipertermia (terapia que consiste en elevar la temperatura de los tejidos por encima de sus valores normales y que se usa en tratamientos oncológicos como terapia complementaria de la radioterapia o la quimioterapia mejorando el pronóstico de algunos cánceres). El oro nanométrico nos permite producir fototermia (la conversión de luz en energía calorífica), pero no en la longitud de onda adecuada para su uso biomédico. La incorporación de la nanopartícula al microgel con tinte, en algunas de las condiciones estudiadas en este trabajo, permitió una respuesta fototérmica a una longitud de onda dentro de las ventanas biológicas (rango de longitudes de onda donde los tejidos muestran cierta “transparencia”)”, indica la investigadora María del Mar Ramos.

Respecto al trabajo realizado desde la Universidad de Jaén, los investigadores explican que “nuestra misión ha sido arrojar luz sobre los mecanismos que rigen la absorción de nanopartículas en microgeles con ayuda de técnicas de simulación de fluidos complejos, en las que se ha especializado nuestro equipo de investigación”. En concreto, el equipo de la UJA simuló los procesos de absorción de nanopartículas en microgeles, variando las interacciones que intervenían, lo que permitió entender mucho mejor los mecanismos involucrados en la síntesis de los sistemas híbridos microgel/nanopartícula desarrollados en este trabajo.

Este trabajo ha sido el resultado de una larga colaboración entre investigadores de cinco centros de investigación, tres instituciones de París (Laboratoire de Chimie et de Biochimie Pharmacologiques et Toxicologiques, Matière et Systèmes Complexes y Laboratoire d’Imagerie Biomédicale), la Universidad de Granada y la propia Universidad de Jaén, que ha contado con la financiación de la Consejería de Economía, Conocimiento, Empresas y Universidad, Junta de Andalucía, Programa Operativo FEDER Andalucía 2014-2020 (Proyecto P20_00138).