Nanopartículas de oro y sus alternativas para la mejora de la radioterapia
La radioterapia es uno de los tratamientos más utilizados para el cáncer. La dosis de radiación ionizante suministrada puede amplificarse mediante la presencia de materiales con alto número atómico Z causando un aumento del efecto fotoeléctrico; el material más estudiado es el oro (número atómico 79). Sin embargo, se necesita una gran cantidad para obtener una mejora significativa de la dosis, lo que representa un desafío.
La radioterapia (XRT) es un componente fundamental para el tratamiento curativo y adyuvante de cánceres. XRT controla el crecimiento de células cancerosas mediante la radiación ionizante, causando daño al ADN por ionización directa o por generación de radicales libres por ionización de moléculas de agua u oxígeno. Un daño suficiente al ADN de esta manera puede detener el crecimiento celular y prevenir la metástasis. El principal inconveniente es el daño colateral: hay poca distinción en la absorción entre tejidos sanos y malignos y, por lo tanto, las dosis deben limitarse para mitigar el daño no deseado al entorno del tumor.
Los elementos pesados pueden ser potentes radiosensibilizadores. Se ha demostrado que los fármacos que reticulan el ADN que contienen platino, como el cisplatino, pueden potenciar los efectos de la radiación ionizante a través del «efecto Z alto», o lo que se conoce como terapia Auger. Los elementos pesados tienen secciones transversales fotoeléctricas significativamente más altas que los tejidos blandos para energías caracterisricas de rayos X.
El efecto fotoeléctrico domina por debajo de la energía de reposo de electrones de 511 keV. Cuando los átomos son ionizados por rayos X o energía de rayos γ, los elementos de Z medio a alto (aproximadamente Br y más) pueden producir una cascada de electrones Auger de baja energía que pueden mejorar localmente la dosis de radiación efectiva.
Los primeros estudios utilizaron oro en bulto o de tamaño micro para mejorar la dosis de radiación. Aunque esto podría ser eficaz in vitro en un rango de energías, las partículas de tamaño micrométrico no se absorben bien in vivo, incluso después de la inyección intratumoral.
Experimentos posteriores mostratron que cuando se inyecta por vía intravenosa, nanopartículas o nanoclustes de Au (1,9 nm de diámetro), estas partículas se acumulan rápidamente en el tejido canceroso, con 7 mg de Au / g en el tumor casi inmediatamente después de la inyección. Se realiza una irradiación aproximadamente 60 s después de la inyección, y con la terapia de rayos X típica de 250 kVp, la supervivencia a 1 año fue del 86% (en comparación con el 20% con rayos X solos y el 0% con oro solo). Este resultado fue seguido por artículos teóricos y experimentales que examinan el mecanismo de acción de las nanopartículas de Au, así como el intento de optimizar la concentración, el tamaño, la energía y la dosis de las partículas de Au y de los rayos X aplicados [1].
Fig 1. Células endoteliales aórticas bovinas (BAEC) se utilizaron como modelo de tejido endotelial. La mejora de los BAEC por las AuNP se mide utilizando supervivencia como indicador. Imagen microscópica que muestra que los AuNP están internalizados dentro del
BAEC después de 24 horas de incubación (A). Imagen microscópica de control BAEC sin AuNP (B) [2].
Fig. 2. Un esquema para ilustrar el papel del platino en el mecanismo por el cual aumenta el daño al ADN por inducción en un sistema acuoso. Un electrón secundario golpea un electrón de la capa interna del Pt, seguido de una cascada Auger. Los electrones emitidos de baja energía producen radicales OH alrededor de Pt que causan roturas en el ADN [3].
Por: Dr. José Jorge
[1] Daniel R. Cooper, Devesh Bekah and Jay L. Nadeau. Gold nanoparticles and their alternatives for radiation therapy enhancement. Front. Chem., 14 October 2014. https://doi.org/10.3389/fchem.2014.00086
[2] Wan Nordiana Rahman, et al. Enhancement of radiation effects by gold nanoparticles for superficial radiation therapy. Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine 5 (2009) 136–142]
[3] K. Kobayash, N. Usami , E. Porcel , S. Lacombe , C. Le Sech Enhancement of radiation effect by heavy elements. Mutation Research 704 (2010) 123–131].
