Nanotecnología para luchar contra las enfermedades cardiovasculares

Nanotecnología para luchar contra las enfermedades cardiovasculares

Soy Fernando Herranz y me estreno en DCIENCIA para contaros un trabajo que hemos publicado recientemente en la revista Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine en el campo del diagnóstico de las enfermedades cardiovasculares.

¿Qué hemos descubierto?

En este trabajo hemos desarrollado una nueva forma de diagnóstico de la presencia de aterosclerosis en modelos animales utilizando técnicas de imagen médica. Para ello hemos usado un concepto relativamente nuevo llamado “química bioortogonal”. Pero vayamos por pasos.

¿Qué es la aterosclerosis?

La aterosclerosis es una patología inflamatoria en la cual, debido a un daño en las células que recubren el interior de las principales arterias, se empiezan a acumular diferentes sustancias. La más conocida de estas sustancias es el colesterol, pero hay unas cuantas más. Esa acumulación hace que los macrófagos acudan a “comerse” ese colesterol, de hecho, comen tanto que se terminan muriendo de “indigestión”. La muerte de los macrófagos genera una cascada de procesos bioquímicos que desencadenan un engrosamiento de la pared arterial, es decir, la formación de una placa de aterosclerosis. Esa placa que se desarrolla puede ser estable, y vivir con nosotros toda la vida sin que nos demos cuenta…o no. La placa puede ser tan grande que termine obstruyendo la circulación sanguínea allí donde se encuentre, o puede romperse, generando lo que se conoce como trombo, el cual viaja sin control por el torrente sanguíneo y acabará produciendo algunas de las patologías cardiovasculares más conocidas, como el infarto de miocardio o el ictus. El principal problema de la aterosclerosis es que se trata de una enfermedad “silenciosa”. Si no produce algún suceso grave que nos lleve al hospital viviremos con ella toda la vida, sin saberlo en la mayoría de los casos. Solo si se desencadena alguno de los efectos mencionados que requieren de una urgente asistencia médica nos daremos cuenta de la gravedad, incluso en los casos más graves, ocasionará la muerte del paciente. Precisamente por tratarse de una amenaza sigilosa, hay un gran interés en desarrollar métodos de diagnóstico que permitan detectar su presencia y tomar medidas antes de que produzca consecuencias graves. Entre las medidas a tomar, la más efectiva es, sin lugar a duda, un cambio en el estilo de vida (alimentación, ejercicio, tabaco…), algo que no siempre es fácil de conseguir, pero que todos deberíamos tener presente.

arteria

Evolución de la aterosclerosis en una arteria

Una de las aproximaciones más prometedoras para conseguir un diagnóstico precoz de la placa de aterosclerosis, es el empleo de la imagen médica. Esta aproximación consiste en el uso de técnicas con las que casi todos estamos familiarizados, como la resonancia magnética nuclear (MRI en inglés), la tomografía por emisión de positrones (PET en inglés) o la tomografía computerizada (CT en inglés), para visualizar la placa en los pacientes. Este sistema se basa en el empleo de un compuesto químico (lo que se conoce como sonda o trazador) que tiene dos componentes: uno que es capaz de acumularse mayoritariamente en la enfermedad a diagnosticar (aterosclerosis en nuestro caso) y otro que emite algún tipo de señal que podamos ver mediante alguna técnica de imagen…aunque así explicado puede parecer fácil, como podéis imaginar, no lo es. Muchas veces esa sonda no se comporta como queremos, por ejemplo no se acumula donde se quiere, no da suficiente señal como para verla o se elimina del organismo demasiado rápido, o ¡todo esto a la vez¡. Aquí es donde entra en juego el tercer aspecto que vamos a tratar: la Nanomedicina.

¿Qué es la nanomedicina?

De una manera simple, la nanomedicina es la aplicación de la nanotecnología para resolver problemas biomédicos. Pero, ¿Qué es la nanotecnología? La nanotecnología podemos definirla como la producción, estudio y manipulación de materia a la escala de los nanómetros (1 nanómetro = 0.000000001 metros). A esa escala la materia se comporta de forma diferente de lo que ocurre a tamaños mayores o menores. Podemos resumirlo en una frase: las propiedades de los materiales son dependientes del tamaño. Esto significa que en la escala nanométrica las propiedades de la materia no cambian solo por su composición o estructura, como ocurre en la escala en la que nos movemos habitualmente, si no que cambian también por el tamaño. Por ilustrarlo con un ejemplo: Tenenemos una nanopartícula de un tamaño X , que es como se conoce a las partículas o productos más empleados en nanotecnología, y que no son más que pequeñas esferas de tamaño manométrico, es decir, de menos de 0.000000001 metros. Esta nanopartícula es fluorescente y emite luz azul. Sin embargo, si esa misma nanopartícula tiene un tamaño diferente, aunque tenga la misma composición y forma, emitirá luz roja solo por haberle cambiado el tamaño. En la imagen siguiente se ilustra este hecho para una serie de nanopartículas de igual composición.  Este concepto se extiende a muchas otras propiedades de las nanopartículas y es lo que hace que puedan ser empleadas en imagen médica (entre otras muchas aplicaciones).

Diferencias en la fluorescencia de un mismo tipo de nanopartícula por el hecho de cambiar el tamaño.

¿Qué hemos hecho nosotros?

En este trabajo hemos desarrollado una nueva forma de detectar la aterosclerosis en modelos animales que desarrollan la enfermedad empleando técnicas de imagen médica. Para ello hemos usado un anticuerpo que se acumula específicamente donde haya colesterol oxidado (la forma que se acumula en la aterosclerosis) y unas nanopartículas que dan señal en dos técnicas de imagen a la vez (en PET y en MRI). Lo que se haría normalmente es unir ese anticuerpo a las nanopartículas e inyectarlo todo junto. Esta forma de hacerlo tiene muchas veces problemas en cuanto al tipo de sondas que se pueden usar y la calidad de las imágenes que se obtienen. Lo que hemos hecho es usar química bioortogonal. En la química bioortogonal se emplean dos compuestos químicos que reacciona únicamente entre ellos, con el añadido de que no reaccionan con ninguna biomolécula que puede haber en un ser vivo. De hecho, la selectividad de esos compuestos y la rapidez a la que reaccionan permiten su uso in vivo, reaccionan in vivo. En nuestra aproximación lo que hemos hecho es unir uno de esos compuestos al anticuerpo e inyectarlo, esperar el tiempo necesario para que el anticuerpo se acumule en la zona de interés (típicamente 24 horas) y, entonces, inyectar nuestra nanopartícula.

Detección de aterosclerosis con nanopartículas y química bioortogonal

Como dicha nanopartícula tiene en su superficie el compuesto complementario al que llevaba el anticuerpo se acumulará principalmente donde el anticuerpo lo haya hecho. Esto nos ha permitido generar imágenes en las que se identifica, de forma clara, la presencia de la aterosclerosis in vivo en modelos animales. Subrayo la expresión “de forma clara” ya que es un aspecto clave: para que un método de diagnóstico sea útil y con un futuro potencial de uso en la clínica, debe proporcionar una señal fácilmente identificable y que no requiera de complicados análisis a posteriori. En estos resultados es precisamente eso lo que se consigue, una imagen clara y sin género de dudas de la presencia de la aterosclerosis, gracias a la combinación de los tres aspectos que hemos explicado brevemente: Nanomedicina, Imagen Molecular y Química Bioortogonal.

Después de este primer resultado en lo que estamos trabajando es en extender esta aproximación a otros modelos animales de aterosclerosis, así como a otras patologías que puedan beneficiarse de un diagnóstico claro y temprano.

Artículo completo. Pellico, J.; Fernández-Barahona, I.; Benito, M.; Gaitán-Simón, Á.; Gutiérrez, L.; Ruiz-Cabello, J.; Herranz, F. Unambiguous Detection of Atherosclerosis Using Bioorthogonal Nanomaterials. Nanomedicine Nanotechnology, Biol. Med. 2019, 17, 26–35.

Disponible en la siguiente dirección:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1549963419300085

By | 2019-05-09T18:56:42+00:00 mayo 9th, 2019|Artículos, Investigación|0 Comments

About the Author:

Fernando Herranz
Licenciado en Química Orgánica por la Universidad Complutense de Madrid y Doctor en Química Bioorgánica por la UNED. En mi etapa postdoctoral comencé a trabajar en Nanotecnología durante mis estancias en el Imperial College London y la Universidad Complutense. A continuación, me incorporé al Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares donde trabajé durante siete años en proyectos de imagen molecular cardiovascular y nanomedicina. En 2018 me incorporé al Instituto de Química Médica del CSIC como Investigador Distinguido. Mi investigación se centra en la combinación de la Química y la Nanomedicina. En concreto mi grupo trabaja en tres líneas: 1- El desarrollo de nanopartículas para el diagnóstico por imagen molecular de enfermedades cardiovasculares y pulmonares, especialmente la aterosclerosis y la hipertensión pulmonar; 2- Desarrollo de kits de diagnóstico in vitro (point-of-care) para el diagnóstico precoz de distintas patologías; 3- Desarrollo de nanopartículas para el tratamiento de infecciones causadas por bacterias multirresistentes.

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