Detección del cáncer de ovarios con nanosensores.

El cáncer de ovario mata a 200.000 mujeres cada año. Es la quinta causa principal de muerte por cáncer entre las mujeres, y es tan mortal, en parte, porque la enfermedad es difícil de detectar en sus primeras etapas. Los pacientes a menudo no experimentan síntomas hasta que el cáncer ha comenzado a propagarse y no existen pruebas de detección confiables para la detección temprana. Los biomarcadores séricos a menudo no son lo suficientemente sensibles para facilitar la detección del cáncer en las pruebas de diagnóstico.

Crédito: Universidad de Lehigh. Nature Biomedical Engineering 6, 267-275. 2022

En el cáncer de ovario, los pocos biomarcadores séricos establecidos son muy específicos, pero insuficientemente sensibles para detectar la enfermedad en etapa temprana y variar las tasas de mortalidad de los pacientes. En el artículo Detection of ovarian cancer via the spectral figerprinting of quantum-defect-modified carbon nanotubes in serum by machine learning (Nature Biomedical Engineering) un equipo de investigadores de distintas instituciones de los E.E.U.U. muestran como una “huella dactilar” de la enfermedad permite detectar el carcinoma de ovario en muestras de suero con una sensibilidad del 87 % y un 98 % de especificidad. La huella se adquiere a través del aprendizaje automático a partir de los espectros de las emisiones de fluorescencia del infrarrojo cercano de una serie de nanotubos de carbono funcionalizados con defectos cuánticos. Los nanotubos de carbono tienen propiedades electrónicas interesantes, si se les aplica luz monocromática, emiten radicación de un color de luz (longitud de onda) diferente. El color y la intensidad de esa luz pueden cambiar según lo que se adhiera al nanotubo. Para el citado estudio en particular la matriz consta de nanotubos de carbono de pared simple envueltos en distintas hebras de ADN constituyendo una gama de diferentes sensores capaces de detectar cosas ligeramente diferentes. El algoritmo de aprendizaje automático se entrenó utilizando los datos de la emisión de nanotubos de 269 muestras de suero lo que permitió la discriminación de pacientes con cáncer de ovario de aquellos con otras enfermedades y de individuos sanos. Una técnica aplicable no solo a la detección de una variedad de enfermedades,  también, por ejemplo, podría utilizarse en la identificación de contaminantes ambientales en el aire.

Información complementaria:

Detection of ovarian cancer via the spectral fingerprinting of quantum-defect-modified carbon nanotubes in serum by machine learning

Nanocristales metálicos con tamaño controlable

Los nanocristales son esferas de átomos dispuestos regularmente con tamaño nanométrico. Los llamados nanocristales intermetálicos, constituidos por dos metales diferentes combinados para formar una red cristalina prometen aplicaciones mejoradas y únicas que abarcan desde la catálisis hasta el almacenamiento de datos y su aplicación en medicina. En el artículo Size- and composition-controlled intermetallic nanocrystals via amalgamation seeded growth publicado en la revista Science Advances (28 de julio 2021) los investigadores del Institute for Electronics, Department of Information Technology and Electrical Engineering, ETH de Zurich, han logrado producir nanocristales hechos de dos metales diferentes mediante un proceso de amalgama mediante el cual un metal líquido penetra en uno sólido. Esta técnica hace posible producir una amplia gama de nanocristales intermetálicos con propiedades personalizadas para diversas aplicaciones.   

Crédito: Jasper Clarysse y col. Science Advances 28/07/21

Las amalgamas requieren metales líquidos además del mercurio, que es líquido incluso a temperatura ambiente, hay varios metales con puntos de fusión relativamente bajos, como el galio (30 grados centígrados), el indio (157 grados) o el estaño (232 grados). Ellos utilizan el enfoque de fusión a nanoescala. La reacción comienza con la dispersión de nanocristales que contienen un solo metal, por ejemplo, plata. Luego, los átomos del segundo metal, digamos galio, se agregan en forma molecular (como amidas, un compuesto de carbono, hidrógeno y nitrógeno), la mezcla se calienta a alrededor de 300 grados. Inicialmente, la temperatura hace que los enlaces químicos en la amida de galio se rompan, permitiendo que el galio líquido se acumule en los nanocristales de plata. Luego, comienza el proceso de fusión real, durante el cual el galio líquido se infiltra en la plata sólida. Con el tiempo se forma una nueva red cristalina, en la que eventualmente se disponen regularmente átomos de plata y galio. Al enfriarse (aprox diez minutos) los cristales están listos. Utilizando la técnica citada, los investigadores han producido diferentes nanocristales intermetálicos como los de oro-galio, cobre-galio y paladio-zinc. El proceso de fusión en sí se puede dirigir con precisión. Mediante el número de átomos secundarios, introducidos en la solución como amidas, se puede controlar con precisión la proporción de los metales. El tamaño de los nanocristales intermetálicos finales también se puede predecir con precisión a partir del tamaño de los nanocristales iniciales y el aumento producido debido al agregado del segundo metal. La posibilidad de combinar los metales casi a voluntad junto con la posibilidad de controlar en forma exacta la composición y el tamaño de los nanocristales permite prever toda una importante gama de aplicaciones tecnológicas en distintas áreas.

Lectura complementaria: Size- and composition-controlled intermetallic nanocrystals via amalgamation seeded growth.

Nanopartículas revestidas de membranas celulares.

Las nanopartículas pueden administrar diferentes tipos de fármacos a tipos celulares específicos, por ejemplo, en la quimioterapia de las células cancerosas. Para llegar a donde necesitan ir y entregar el medicamento necesario deben ser más astutas que las defensas del cuerpo evitando ser reconocidas como intrusas. Las defensas del sistema inmune tienden a destruir las nanopartículas sintéticas; las capturan y eliminan del cuerpo en pocos minutos constituyendo una barrera límite para la utilización de la nanotecnología en medicina. Al ser enmascaradas con membranas celulares les permite sobrevivir durante horas sin daños. Esto ha llevado a científicos de la Universidad de California (San Diego-EE.UU) a desarrollar de una nueva clase de nanopartículas biomiméticas (biomimétrico: aplicación de los métodos y sistemas naturales a la ingeniería y la tecnología), revestidas con membrana celular.     Están 

Crédito: Nanowerk y Wiley-VCH Verlag

constituidas por un núcleo sintético y nanoparticulado envuelto por una capa de membrana celular natural. Al transferir la capa más externa de una célula directamente sobre la superficie de la nanopartícula la complejidad de la totalidad de la membrana con sus lípidos, proteínas y carbohidratos se conserva manteniendo con fidelidad muchas de las propiedades exhibidas por la célula fuente. Finalmente las nanopartículas biomiméticas estarán listas para su uso en aplicaciones tales como administración de fármacos, desintoxicación, modulación inmune, biodetección, formación de imágenes y terapia fotoactivable. Es así como se desarrollaron nanopartículas recubiertas o revestidas por membranas de glóbulos rojos, de plaquetas, de glóbulos blancos, de células cancerígenas y de células madre. Además de estos grupos principales los investigadores también están explorando y trabajando en otros tipos de recubrimientos de membrana: células endoteliales, células beta, células bacterianas y membranas celulares híbridas. La utilidad del enfoque de revestimiento de nanopartículas con distintas membranas celulares permite consolidar la emergente nanotecnología biomimética. 

Lectura complementaria:
Cell Membrane Coating Nanotechnology.

Medicina personalizada con impresoras 3D.

Las píldoras estándar ​​no tienen en consideración el peso corporal de un individuo, su genoma, el género, la raza, ni el estado de sus funciones renales, hepáticas… pudiendo ser inadecuadas para el tratamiento. Investigadores de la Wake Forest University School of Medicine crearon un algoritmo capaz de analizar la información de la historia clínica del paciente y determinar la píldora ideal para ellos, permitiendo luego la impresión 3D óptima en cuanto, entre otras, a la dosis y el lugar de liberación del principio activo. El Dr. Min Pu, médico y profesor de la Wake Forest University School of Medicine, dice “Los pacientes no son todos lo mismo, la forma en que reaccionamos a un medicamento es... dictada en parte por nuestra genética, así como muchos otros factores individuales. Actualmente, las dosis de la píldora se dosifica en base a un paciente estándar…"

Recientemente la FDA (Food and Drug Administration) aprobó la primera píldora impresa en 3D (Spritam-Aprecia Pharmaceuticals); la píldora se comercializa para el tratamiento de la epilepsia con el fin de proporcionar una alta dosis de medicación que se desintegra rápidamente con un sorbo de líquido.
La conjunción entre la secuenciación del genoma humano y la impresión 3D  de píldoras y/o nanodeliveries específicos promete una medicina programable, altamente específica y saludablemente personalizada.