En la lucha contra las enfermedades, la medicina se enfrenta a un reto clave: su detección precoz, esencial para su tratamiento.
Sin embargo, en la detección del cáncer, hace falta la existencia de varios miles de células cancerosas para ser conscientes de la existencia de un problema.
Es aquí donde, gracias a los equipos multidisciplinares formados por médicos, biólogos, químicos y físicos, es posible investigar nuevas alternativas a los métodos tradicionales de diagnosis.
Una de esas nuevas técnicas está basada en la utilización de nanopartículas como marcadores fluorescentes. El tamaño de estas partículas (la millonésima parte de un centímetro) es similar al de las proteínas o los virus, y mucho más pequeño que el de las células animales.
Ademas de su tamaño, para que estas nanopartículas puedan actuar como detectores de enfermedades es también muy importante que entre sus cualidades se encuentre la emisión de luz, aunque no de cualquier tipo. En concreto, han de ser capaces de emitir y absorber radiación infrarroja (de mayor longitud de onda que la luz visible). Esto se debe a que dentro de la radiación infrarroja se incluye la conocida como “ventana biológica”, es decir, el rango de longitudes de onda en el que los tejidos animales son transparentes. La luz contenida en esta ventana biológica puede atravesar unos grosores mayores de tejidos animales, incluso varios centímetros.
Aquí entra en acción la ingeniería química, buscando nuevos materiales que sean capaces de absorber y emitir luz en estas regiones del espectro electromagnético, y creando distintos tipos de nanopartículas a partir de ellos. A día de hoy hay infinidad de nanopartículas que cumplen con este importante requisito, entre las que cabe destacar las nanopartículas de materiales que no conducen la electricidad a los que se les han introducido iones de una serie de elementos químicos englobados en la serie de los lanctánidos de la tabla periódica.
La presencia de estos iones es muy interesante, ya que sus propiedades luminiscentes no se ven afectadas por el tamaño de la nanopartícula y también son menos sensibles a los cambios del medio, como puede ser un cambio en el pH de la célula. Sin embargo son muy sensibles a la temperatura.
Esta sensibilidad a la temperatura las hace también altamente interesantes. Gracias a ellas no sólo se podrían utilizar como marcadores fluorescentes que indiquen la presencia de células con algún tipo de patología. También hace posible su utilización como nanotermómetros, que nos indicarían la temperatura de los tejidos en los que se acumulan dichas células malignas.
Las aplicaciones reales de este tipo de nanopartículas en biomedicina pasan por la correcta y exhaustiva caracterización de las mismas, con especial atención a sus propiedades luminiscentes.
En este área es donde trabajamos los físicos, probando la respuesta de la luminiscencia de las nanopartículas al ser excitadas bajo diferentes fuentes y potencias láser; estudiamos cuál es su respuesta a los cambios de temperatura en el rango de temperaturas presentes en los organismos vivos y cómo la composición del entorno puede cambiar la respuesta espectral. También probamos cómo las nanopartículas se comportan tanto en células vivas como en modelos virtuales de tejidos animales. Los resultados de estos estudios ya están permitiendo el uso de estas nanopartículas en terapias con animales.
Aún son necesarios varios años de estudio y ensayos antes de poder aplicar estas técnicas en humanos. Sin embargo, el uso nanoparticulas en la detección precoz de tumores malignos y cáncer es muy probable que sea una herramienta esencial en el futuro para poder diseñar terapias mucho más efectivas.
Por Dr. Laura Martínez Maestro. Departamento de Física. Universidad de Oxford, UK.
