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Nanotecnología

Partículas certeras

Desarrollan alternativas de diagnóstico y combate celular contra enfermedades

VALTENCIR ZUCOLOTTO / USPUn grupo de investigadores del Instituto de Física de la Universidad São Paulo (USP) con sede en la ciudad paulista de São Carlos está desarrollando algo que puede erigirse en una pequeña arma contra el cáncer. Y se trata tan sólo de una de las muchas líneas de investigación llevadas adelante en el Laboratorio de Nanomedicina y Nanotoxicología instalado en dicho instituto, bajo el mando del profesor Valtencir Zucolotto. El equipo ha probado con buenos resultados el efecto de las nanopartículas como una forma de diagnosticar e incluso de combatir algunos de los tipos de cáncer más comunes. Los principales estudios del grupo surgen de la interacción de esas partículas especialmente preparadas con muestras de cáncer de hígado y de cuello de útero. “Elegimos estos dos tipos porque son cánceres bastante comunes, de diagnóstico y tratamiento complicado”, explica Zucolotto. “También se usaron porque son células que podemos cultivar con cierta facilidad en laboratorio.”

Las nanopartículas utilizadas por los investigadores están formadas con materiales distintos, pero los dos tipos principales son las de oro y óxido de hierro. Una vez preparado, el material es recubierto con biomoléculas. “La idea es que esa molécula se encaje en receptores de la superficie de las células cancerosas”, dice Zucolotto. Todo sucede en una escala medida en nanómetros, o, traduciendo a las medidas más comunes, millonésimas de milímetro. Con un porte de esos, las partículas se empequeñecen ante las células humanas, lo que ayuda a explicar de qué manera funcionan. “Pasaremos así a tratar individualmente a las células del paciente.”

Por ahora, los experimentos del grupo se realizan todos in vitro. Cuando el objetivo es realizar el diagnóstico, las nanopartículas se conectan a una biomolécula capaz de producir fluorescencia cuando se encuentra dentro de una célula cancerosa. De este modo, al observar el material en el microscopio, de haber un tumor, habrá puntos “encendidos” que se hacen visibles dentro de la célula. Se trata de una forma poderosa de realizar el diagnóstico. Pero los resultados más interesantes son efectivamente los vinculados al potencial terapéutico de las nanopartículas. Estudios comparativos llevados a cabo por el grupo muestran que el efecto de esas sustancias en las células cancerosas puede ser devastador, matándolas directamente o induciendo en ellas la apoptosis, el “suicidio celular”, que es cuando se activa una programación genética que deriva en la muerte de la célula.

El gran drama de cualquier tratamiento contra el cáncer es siempre el mismo: cómo matar al tumor sin matar al paciente. Al fin y al cabo, como las células enfermas son en esencia las mismas que las de la persona, salvo por algunas alteraciones genéticas y metabólicas deletéreas, normalmente, lo que afecta al cáncer también lo hace con el resto del organismo. “Actualmente, en el marco de los tratamientos convencionales de quimioterapia, existen algunas pocas drogas”, dice Zucolotto. “Ya fue mucho peor que ahora, pero lo cierto es que todas esas drogas en uso afectan fuertemente al paciente. El potencial de las nanopartículas para disminuir los efectos colaterales resulta importante.”

Sin embargo, el investigador de la USP admite que los estudios de toxicidad muestran que las nanopartículas también pueden hacerles mal a algunas células sanas, sobre todo las sanguíneas. Pero sus efectos deletéreos son mucho más agresivos en donde son bienvenidos: en las células de cáncer. Asimismo, Zucolotto hace hincapié en que los efectos tóxicos en células sanas son mucho menores que los causados por las terapias anticáncer convencionales. Y para que el cuadro se torne aún más auspicioso, la nanotecnología promete reducir radicalmente los efectos colaterales mediante el empleo de manipulaciones que pueden efectuarse dentro del organismo para concentrar la acción de las partículas allí donde son más necesarias, dejando al resto del cuerpo a salvo de los efectos agresivos.

“Una de las vertientes de trabajo de nuestro grupo apunta producir partículas superparamagnéticas”, revela el científico. “En ese caso, administramos dichas partículas que se guían por el campo magnético. Si aplicamos un campo encima del tumor, las partículas se concentrarán todas allí. Es posible también inducir el calentamiento de las partículas mediante una técnica llamada nanohipertemia. “Con el calentamiento, se logra  mayor eficacia en lo que hace a la muerte de células tumorales”. El estudio de estas propiedades magnéticas también avanza bastante en el exterior. “Se están haciendo pruebas con animales de gran porte, por eso la previsión es que el uso en tratamientos se inicie de manera relativamente rápida. Pero se requiere de tiempo para sacar cualquier medicamento al mercado.”

Otras enfermedades
El equipo de Zucolotto trabaja en otros frentes. El grupo ha desarrollado un dispositivo nanoestrutucrado cuya finalidad es el diagnóstico de la leishmaniasis, por ejemplo, en colaboración con investigadores de la Facultad de Filosofía, Ciencias y Letras de la localidad paulista de Ribeirão Preto y del Instituto de Ciencias Matemáticas y de Computación, ambas de la USP, de la Universidad Federal de Rondônia y de la unidad de la Fiocruz con sede en este último estado. Se trata de una enfermedad que se suele confundir con el mal de Chagas, que es causado por otro patógeno, el Trypanosoma cruzi. “Existen actualmente test de laboratorio que permiten hacer el diagnóstico correcto, pero son muy caros”, dice Zucolotto. La alternativa que ofrece el grupo consiste en la elaboración de un biosensor compuesto por microchip montado en varias capas que inmovilizan a antígenos de ambas especies: Leishmania amazonensis y T. cruzi. La plaquita es entonces expuesta a una muestra de sangre del paciente, y los anticuerpos presentes reaccionan con el antígeno específico. Mediante una corriente eléctrica, los investigadores logran detectar cuál de ambos antígenos ha sido conectado con los anticuerpos, y así determinan cuál es el patógeno.

“Podremos fabricar estos chips por centavos de dólar y ponerlos a disposición del sistema público de salud”, dice Zucolotto, quien enfatiza que esta misma estrategia puede adaptarse para la detección de otros patógenos, cambiando únicamente los antígenos presentes en las capas del biosensor. Los resultados obtenidos con este dispositivo fueron reportados en la revista científica Analytical Chemistry, y el grupo ha solicitado una patente del biosensor a través de la Agencia USP de Innovación.

Los proyectos
1. Estudio de la interacción entre materiales nanoestructurados y sistemas biológicos: Aplicaciones al estudio de nanotoxicidad y desarrollo de sensores para diagnóstico (n° 2008/08639-2); Modalidad Ayuda Regular a Proyecto de Investigación; Coordinador Valtencir Zucolotto — USP; Inversión R$ 274.210,79 (FAPESP)
2. Desarrollo de nanocompósitos con materiales nanoestructurados y biomoléculas (nº 09/11679-9); Modalidad Programa Jóvenes Investigadores; Coordinador Valtencir Zucolotto — USP; Inversión R$ 87.000,00 (CNPq)

Artículo científico
PERINOTO, A. C.; ZUCOLOTTO, V. et al. Biosensors for efficient diagnosis of Leishmaniasis: Innovations in bioanalytics for a neglected disease. Analytical Chemistry. v. 82 (23), p. 9.763-68. 2010.

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