Las nanopartículas de oro iluminadas con láser podrían detectar y tratar el cáncer

Quidant es uno de los líderes de una revolucionaria estrategia contra el cáncer, llamada “oncología plasmónica”, un programa de investigación pionero que desarrolla gracias al apoyo de la Fundacio Cellex Barcelona. La idea es introducir nanopartículas de oro en las células tumorales y, posteriormente, aplicar un láser que, gracias a los fenómenos descubiertos por este investigador de origen francés, calentaría las nanopartículas hasta tal punto que las células enfermas se quemarían completamente.

Las nanopartículas son estructura metálicas de tan solo una millonésima parte de metro: su diámetro es diez mil veces inferior al de un cabello. La revolución de su uso es que se pueden diseñar de manera que se introduzcan selectivamente en el cuerpo del paciente, es decir que penetren exclusivamente en las células enfermas. De esta manera, el tratamiento afectaría exclusivamente a los tejidos tumorales, sin dañar los sanos, como sucede actualmente con la quimioterapia o radioterapia.

El sistema se fundamenta en la habilidad de los investigadores de llevar a cabo ingeniería de las nanopartículas de manera que, primero, sepan reconocer las células enfermas; y, en segundo lugar, se conviertan en unas excelentes nanofuentes de calor. El primer resultado se obtiene revistiendo las nanopartículas de moléculas que detectan y penetran las células enfermas . El segundo, diseñando las minúsculas estructuras metálicas de manera que su forma optimice la generación de calor en respuesta a la iluminación externa.

El proyecto está todavía en fase de investigación y se desarrolla en colaboración con especialistas en medicina y biología. Unos de momentos clave del proceso de investigación es la selección, para su posterior inserción, de las partículas en las células enfermas, así como la minimización de su posible toxicidad. En principio, el oro es biocompatible y se evacua fácilmente por los fluidos corporales, pero los investigadores deben asegurarse que la química implicada en el proceso no afecte a las células.

Un nanolaboratorio en una gota de sangre

La interacción entre la luz y nanoestructuras de oro es útil no sólo para el tratamiento, sino también para el diagnóstico del cáncer. Romain Quidant está trabajando en un chip que integre multitud de nanoestructuras metálicas capaces de enviar una señal luminosa cuando entran en contacto con marcadores del cáncer. Este “nano-laboratorio” realizaría muchos análisis en paralelo a partir de una sola gota de sangre. Cada nanoestructura metálica está revestida de moléculas (receptores) capaces de reconocer y atrapar un específico marcador del cáncer. Cuando esto pasa, la nanoestructura responde a la iluminación externa de manera distinta respecto al caso en el cual se queda sin atrapar ningún marcador.

En esta línea de trabajo, el equipo que lidera Romain Quidant ya ha desarrollado un prototipo de nanosensor pensado para detectar sustancias dopantes en la sangre, como los esteroides que utilizan algunos deportistas.

Las ventajas principales de este tipo de dispositivo son su pequeño tamaño (que facilitaría su uso -por ejemplo- en países en desarrollo donde no hay laboratorios), y su gran sensibilidad, que permitiría detectar un cáncer en un nivel de desarrollo muy temprano, cuando la densidad de marcadores es muy baja.

Quidant prevé que el detector estará listo en la próxima década y que sus aplicaciones irán del control agroalimentario a la detección de sustancias industriales peligrosas.

La plasmónica: de las vidrieras góticas al laboratorio.

La disciplina subyacente a la mayoría de los descubrimientos de Romain Quidant es la plasmónica. Ese es, precisamente, el “ingrediente secreto” que, por ejemplo, confiere un color tan especial a las vidrieras de las catedrales. De hecho estas vidrieras contienen finos polvos de metal. La interacción de la luz con los electrones del metal de una nanopartícula metálica genera unas resonancias, los plasmones, que tienen comportamientos sorprendentes, como la capacidad de emitir de manera controlada luz y calor.

Este fenómeno físico de base es la respuesta óptica de las nanopartículas metálicas cuando se les envía una determinada luz. Para un tipo de luz bien definido la nanopartícula va a tener una “resonancia óptica” que, por una parte, genera un campo de luz muy intenso y concentrado en su superficie, y por otra, produce el calentamiento de la partícula. El plasmón es ese efecto de resonancia que caracteriza la interacción de la luz con estas nanopartículas, produciendo tanto el campo intenso y localizado como el calentamiento.

La fotónica

Desde los espejos que Arquímedes utilizó para quemar los barcos enemigos, hasta los láseres utilizados en el diagnóstico y la terapia hoy en día, la historia tecnológica de la luz ha sido la aventura de transformar una entidad intangible y fugaz en una herramienta poderosa y versátil.

Hoy, la luz representa una herramienta imprescindible: para siluetear piezas industriales, para analizar sustancias químicas, para operar la miopía, las pecas o la pérdida de color de la piel, como fuente de energía limpia... Sus aplicaciones se encuentran en muchos momentos de la vida cotidiana: Internet de banda ancha, los lectores de CDs y de códigos de barras, las impresoras, incluso los rayos de luz de los conciertos…

La luz es una herramienta de frontera. Sus aplicaciones futuras incluyen los ordenadores cuánticos y la criptografía super-segura, así como nuevas tecnologías nanométricas y sistemas mínimamente invasivos que interactúan con la materia viva.