Nanopartículas de oro como método de detección y tratamiento de células tumorales.
Introducción:
Hoy día, a pesar de los grandes avances de la ciencia y en especial de la química y bioquímica, no se ha conseguido erradicar la enfermedad que es la segunda causa de mortalidad en el mundo, es decir, el cáncer. Los tratamientos como radioterapia o quimioterapia son insuficientes contra tal enfermedad. Pero gracias a la constante investigación se ha abierto una nueva puerta para la posible cura de tumores: la nanotecnología.
En este trabajo, hablaremos concretamente de las nanopartículas de oro que le confieren a este metal noble unas propiedades significativamente buenas para detectar y eliminar células cancerosas sin que se vean afectadas las células sanas.
Detallaremos la síntesis de las mismas, la forma de incorporarlas a las células infectadas y la manera de detectarlas y eliminarlas.
Definición y síntesis de nanopartículas de oro, AuNPs:
Las nanopartículas de metales nobles y, más específicamente, las nanopartículas de oro (AuNPs), exhiben unas excelentes propiedades físicas, químicas y biológicas, que son intrínsecas a su “tamaño nanométrico”.
Destacan especialmente sus peculiares e inesperadas propiedades fototérmicas, por las que al ser activadas en presencia de luz láser, desprenden calor, actuando como auténticos “nano-calefactores”.
Para la síntesis de las AuNPs vamos a proceder con la reducción del ión [AuCl4] - a Au metálico empleando NaBH4, generándose átomos que actúan como centros de nucleación. Este proceso da lugar a la formación de agregados, cuyo crecimiento continuará con la producción de átomos de oro. El resultado será la precipitación de estos clusters, si no existe en el medio un agente estabilizador. Por ello, antes de introducirnos en la síntesis propia de las nanopartículas, debemos sintetizar dicho estabilizador.
El agente estabilizador empleado es un derivado pertiolado de la ciclodextrina (CD), más concretamente el β – CDSH 7 y el γ – CDSH8. Para la síntesis de este compuesto, lo primero que hay que hacer es activar la posición 6 del anillo de glucosa (que corresponde a la cara primaria de la CD), con un adecuado grupo saliente. Para ello usaremos N – bromosuccinimida / trifenilfosfina en DMF.
Posteriormente, haremos reaccionar la CD activada con tiourea, seguido de la hidrólisis básica y posterior acidificación.
Para obtener el derivado pertiolado del polímero de β – ciclodextrinas (Pol – β – CDSH), y ser utilizado posteriormente como agente modificador del electrodo de oro mediante quimisorción y estabilizador de las nanopartículas, debemos activar primeramente las caras de la unidades de β - CD del polímero, mediante la introducción de un adecuado grupo saliente. Para conseguirlo, empleamos cloruro de tosilo en NaOH al 20 %. El Pol – β – CD activado se hace reaccionar con tiourea, siguiendo una típica sustitución nucleofílica donde el azufre desplaza al tosilo de la posición que este se encuentra. Seguidamente, se realizamos una hidrólisis básica con KOH para eliminar los sustituyentes procedentes de la tiourea que posee el azufre unido al Pol – β – CD. La posterior acidificación servirá para protonar los grupos tiolatos introducidos y obtener el derivado tiolado del polímero:
Ahora, procederemos con la síntesis de la nanopartícula de oro mediante la reducción del ión [AuCl4] – a Au metálico empleando NaBH4 en DMSO. En presencia del Pol - β - CDSH ocurre un recubrimiento de la superficie del agregado incipiente que evita un crecimiento excesivo y la pérdida de las propiedades del oro en estado coloidal. Esta absorción ocurre por la formación de enlaces covalente S – Au. La fortaleza de estos enlaces viene dada por la alta afinidad del grupo tiol por lo átomos de oro, que en este caso, actúa como un ácido débil.
Propiedades fotoeléctricas:
En la escala nanométrica, las propiedades electromagnéticas, ópticas y fototérmicas de los metales nobles difieren enormemente de las de sus correspondientes productos a granel. Por ejemplo las AuNPs presentan una coloración «rojo vino» mientras que el correspondiente oro a granel es de color amarillo.
La peculiaridad de las propiedades ópticas y fototérmicas de las AuNPs proviene de las oscilaciones resonantes de sus electrones libres en presencia de luz, gracias a la cual las nanopartículas pueden radiar luz o absorber luz que se transforma rápidamente en calor. Por lo tanto, las AuNPs emiten un intenso calor cuando son estimuladas con la frecuencia correcta de luz láser, así una colección de AuNPs puede calentar localmente un área de mil veces su tamaño, actuando como auténticos “calefactores nanoscópicos” activados por la luz.
Administración de nanosistemas de AuNPs en el plasma sanguíneo:
Las AuNPs son administradas en el torrente sanguíneo, y tienen como forma de detección de la célula tumoral, los anticuerpos característicos de la misma. Cuando las AuNPs se han unido a dicha célula infectada, entra en el citoplasma mediante su fijación a los transportadores de membrana de la misma.
El desarrollo de un nanosistema terapéutico basado en AuNPs, que pueda ser dirigido al lugar adecuado y activado desde el exterior por rayos láser, ofrece incuestionables ventajas en el tratamiento del cáncer por dos posibles mecanismos:
(a) Efecto hipertérmico localizado de
las AuNPs y.
(b) liberación de un posible fármaco antitumoral asociado a las
AuNPs, como consecuencia de la incidencia de luz láser.
Las AuNPs pueden ser funcionalizadas, como acabamos de comentar, con anticuerpos que se unan específicamente a las células tumorales. La irradiación externa de las células tumorales selectivamente marcadas con las AuNPs con un láser de frecuencia en el intervalo 10-50 nm resulta en un calentamiento selectivo de 40 – 80ºC, que da lugar a un daño celular irreversible y a la desorganización de los componentes tisulares, a unas potencias láser muy inferiores a las requeridas para destruir las células sanas.
La combinación de los principios de hipertermia local y liberación de fármaco en un mismo sistema se traduce en un aumento de la eficacia terapéutica con respecto a cada uno de los tratamientos por separado: se retrasa significativamente el crecimiento tumoral, se reduce la perfusión sanguínea del tumor y disminuye la supervivencia de las células tumorales.
Nanotratamiento en la actualidad:
Hoy día se siguen haciendo numerosos estudios sobre la sintomatología que pueden presentar las AuNPs en el paciente, ya que todavía no se sabe con la certeza si puede originar cierta toxicidad, aunque el organismo lo elimina de forma biológica mediante fluidos corporales.
Según Harold Kroto, premio Nobel de química de 1996, aún queda un periodo de 5 a 10 años para que los hospitales utilicen este tratamiento en sus pacientes.
Conclusión:
Es paradójico ver como el oro, que desde tiempos antiguos fue motivo de numerosos experimentos alquimistas para logar el “elixir de la vida eterna”, hoy día puede utilizarse para salvar vidas.
Creo que la nanotecnología representa un avance importante en el campo de la oncología y espero que dentro de relativamente poco tiempo, este tratamiento esté incorporado en todos los hospitales y se haya conseguido una victoria más a nivel científico y médico para mejorar la calidad de vida.
Bibliografía:
- Revista Nanotechnology
