Conversatorios de protección Radiológica de América Latina y el Caribe. Nanosistemas para aplicaciones biomédicas
Invitados: Dra. Gema Gonzalez, Dr. Miguel Martin, Dr. Rafael Martin,
Moderador: CEO Serofca. MsC. Omar Arias
En nuestro espacio aprendiendo + tendremos la oportunidad de conversar con los Dra. Gema Gonzales y los Drs. Miguel Martin y Rafael Martin sobre Nanosistemas para aplicaciones biomédicas.
La Dra Gema González abre una presentación y comienza a explicar lo que significa las estructuras nanometricas, inicialmente las dimensiones juegan un papel fundamental, materiales de tamaños menores a 100 nm son considerados nanomateriales, a estas escalas las propiedades físicas, químicas, mecánicas, opticas etc cambian con respecto al material en bulto, esto se debe al cambio en las configuraciones atómicas y a la altísima área superficial de estos sistemas, en este caso la combinación de biomateriales y nanopartículas involucra interacciones fundamentales en la interfaz que resulta en nuevos materiales con novedosas aplicaciones, con la posibilidad de obtener estructuras de materiales funcionales novedosos con diferentes aplicaciones como: biosensores, bioabsorbentes, nuevas propiedades ópticas, electrónicas y estructurales
La Dra Gema González presenta varios ejemplos de materiales nanoestructurados en los que viene trabajando. Como por ejemplo materiales para bioimagenes, la Dra agrega que los materiales convencionales usados para bioimágenes son tóxicos, sin embargo ella presenta un estudio de materiales no tóxicos con propiedades luminiscentes autoactivas como la Hidroxiapatita sintética, mejoradas mediante la decoración con nanoparticulas de CeO2 (HAp/CeO2).
La Dra, G. Gonzalez expresa: ”porque hidroxiapatita básicamente, la hidroxiapatita esel componente mineral de nuestros huesos, es un fosfato de calcio en su forma natural, en nuestro cuerpo también es de tamaño nanométrico de hecho tiene una escala de 50 x 2.5 x 25 nanometros, en general se cree que son esos tipos de plantillas que están asociados al colágeno, ella en el cuerpo forman esa estructura jerárquicamente organizada en que la hidroxiapatita se coloca en esos espacios que quedan entre las fibras de tipo colágeno y luego se mineralizan, así se llega a tener estructuras jerárquicas en diferentes niveles desde la escala subatómica con las moléculas de colágeno hasta niveles macroscópica cuando ya se organiza el hueso, así es en general cómo funcionan muchas cosas en la naturaleza, en el cual se dan esa organización en diferentes niveles y en diferentes escalas y se dan arquitecturas que cumplen alguna función para determinadas aplicaciones, en el mundo natural encontramos miles de ejemplo en que las estructuras se organizan de esa manera, yo creo que es como una economía de la naturaleza.“
La hidroxiapatita sintética Ca10(PO4)6(OH)2, presenta una estructura cristalina hexagonal o monoclinica y posee propiedades piezoeléctrico debido a que no es centro simétrica, además estas polarizaciones eléctricas ayudan a la regeneración de los huesos.
La Dra Gonzales y su equipo han sintetizado hidroxiapatita en diferentes formas plaquita, agujas etc, las han caramelizados por infrarrojo y difracción de rayos x para verificar la estructura de la hidroxiapatita, también han medido las propiedades luminiscentes dependiendo de la temperatura, hacen unos tratamientos térmicos a diferentes temperaturas, obteniéndose a 400 grados que hay un aumento en la luminiscencia de cinco veces mayor con respecto luminiscencia a temperatura ambiente, es decir que está térmicamente activada, cuando estudian el decaimiento de luminiscencia encuentran que es del orden de milisegundos, lo cual es bastante
largo, se vuelve un material más fosforescente. Hay una retención de la luminiscencia, estas características la hacen atractiva para aplicaciones de bioimagen. La hidroxiapatita posee propiedades piezoeléctricas y luminiscentes. Hicieron estudios de biocompatibilidad con osteoblastos y con otras células obtienen que las células aceptan a la hidroxiapatita sintetica.
También hacen estudios como hidroxiapatita con Ceria, usando la Ceria como un decorado o funcionalizando la hidroxiapatita, no como un dopado o sustitución del alguna molécula o átomo dentro de la estructura de la hidroxiapatia
Se observa la ceria como puntitos mas brillantes en la imagen encima de la hidroxiapatita, caracterizan la estructura por difracción de rayos x para verificar que la estructura de la hidroxiapatita no se ha modificado y por XPS para determinar cuál es el estado de oxidación de la Ceria encontrándose un cierto enlace con los fosfatos de la hidroxiapatita, también encuentran que con el dopado aumenta aún más las propiedades luminiscentes. Debido a estas propiedades estos sistemas pueden ser atractivos para aplicación en cáncer de huesos.
La motivación de desarrollar esto sistemas proviene de parte de un médico que trata una enfermedad de los huesos que se llama osteomielitis, la idea es implantar el material y liberan un fármaco
También tiene estudios de hidroxiapatita con titanato de bario encontrando que las propiendas piezoeléctricas aumentan, esta propiedades es excelente en la regeneración de los huesos o en la pérdida de densidad ósea.
En cuanto al fármaco, estos se colocan en una estructura mesoporosa en forma de pitillos periódicos, como canales con un gran área superficial de manera que la cantidad y cinética del fármaco es bien controlada.
La Dra Gonzalez continúa diciendo a propósito de una pregunta del Dr. Rafael Martin “La hiroxiapatita es un material muy particular ella puede admitir casi la mitad de los elementos de la tabla periódica, puede intercambiarse sin que se rompan las estructuras, mantienen la estructura cristalina de hidroxiapatita, los materiales radiactivos pueden ser sustituidos dentro de la estructura de hidroxiapatita podría colocar un material para un tratamiento local de cáncer que tuviera esa características.”
Otro ejemplo de materiales nanoestructurados en el que trabaja la Dr Gozalez son nanoparticulas magnéticas, para tratamiento con hipetermia como nanoparticulas de magnetitas, maghemitas ,ferritas y sistemas core shell.
En este caso se inyecta el sistema de nanoparticulas magnéticas embebidas en un polímero y se hace llegar al tumor, con una activación externa como un campo magnético la matriz polimera colapsa y se libera el fármaco, de esta manera se utiliza tanto para liberación del fármaco como para imágenes debido al alto contraste de las nanoparticulas magnéticas, por otro lado la aplicación del campo externo aumenta la temperatura local debido al proceso de hipertermia ayudando también a la eliminación de las células cancerígenas. La temperatura usada para tratamiento de hipertermia de células cancerígenas es de 42 grados Celsius la cual se alcanza en unos 100 s en el caso de las nanoparticuals de ferritas de Zn.
Todas estas partículas son caracterizadas estructural y magnéticamente.
Estudios de toxicidad midiendo la viabilidad en función de la concentración de las nanoparticulas demuestran que para concentraciones menores a 100 μg el sistema no es citotoxico. Las partículas se incorporar a las células sin ningún rechazo.
Posiblemente no hay toxicidad debido a la poca cantidad del material que se usa del orden de los microgramos
El Dr. Miguel Martin pregunta: “de qué manera es inyectado el material.”
La Dra González responde: “en este caso se inyecta vía sanguínea y se llevan con el campo magnético al lugar de interés o se inyecta directamente en el tumor, por otro lado la nanopartícula va embebida en una matriz polimerica colocando un vector que se puede acoplar a cierto tipo de células.
También el Dr. Miguel Martin pregunta sobre la dosis en caso de terapias con hipertermia. La Dra explica: ”lo que se hace es que es un coadyuvante no es un tratamiento único se coloca la nanopartícula se aplica el campo magnético externo, se produce calor y la liberación del fármaco, así los dos efectos ayudan al tratamiento y se puede repetir.”
También han realizados estudios de degradación de la nanopartículas encontrándose que ese tiempo está alrededor de tres semanas.
Finalmente los invitados expresan varias ideas con respecto a los tratamientos con hipertermia a partir de nanopartículas magnéticas.
La Dra González agrega que también han trabajado en sensores ópticos en ADN y bioquímicos con sistemas manométricos.
El Dr Rafael Martin propone hacer este tipo de experimentos en micro ARN
Para observar el conversatorio ingresar al siguiente enlace de video:
