Novedosa nanopartícula para imágenes médicas
Los investigadores de la Universidad de Buffalo han diseñado una nanopartícula detectable mediante seis técnicas de imágenes médicas. Es una tecnología tan avanzada que la máquina capaz de usarla aún no existe.
Utilizando dos piezas biocompatibles, Los investigadores de la Universidad de Buffalo y sus colegas han diseñado una nanopartícula que puede detectarse mediante seis técnicas de imágenes médicas:
- Exploración por tomografía computarizada (TC);
- Exploración por tomografía por emisión de positrones (PET);
- Formación de imágenes fotoacústicas;
- Formación de imágenes de fluorescencia;
- Imágenes de conversión ascendente;
- Imágenes de luminiscencia de Cerenkov.
En el futuro, los pacientes podrían recibir una única inyección de las nanopartículas para realizar los seis tipos de imágenes.
Este tipo de imagen «hipermodal», si llegara a buen término, brindaría a los médicos una imagen mucho más clara de los órganos y tejidos de los pacientes que la que podría proporcionar un solo método. Podría ayudar a los profesionales médicos a diagnosticar enfermedades e identificar los límites de los tumores.
«Esta nanopartícula puede abrir la puerta a nuevos sistemas de imágenes ‘hipermodales’ que permitan obtener mucha información nueva utilizando un solo agente de contraste, «dice el investigador Jonathan Lovell, Doctor, Profesor adjunto de ingeniería biomédica de la UB. «Una vez que se desarrollen estos sistemas, en teoría, un paciente podría realizar una exploración con una máquina en lugar de varias exploraciones con varias máquinas».
Cuando Lovell y sus colegas usaron las nanopartículas para examinar los ganglios linfáticos de ratones, encontraron que las tomografías computarizadas y las PET proporcionaban la penetración más profunda en los tejidos, mientras que la imagen fotoacústica mostró detalles de los vasos sanguíneos que las dos primeras técnicas pasaron por alto.
Esta imagen de microscopía electrónica de transmisión muestra las nanopartículas, que consisten en un núcleo que se ilumina en azul cuando se le hace incidir longitudes de onda del infrarrojo cercano, y una tela exterior de porfirina-fosfolípidos (PoP) que envuelve el núcleo.
Diferencias como estas significan que los médicos pueden obtener una imagen mucho más clara de lo que está sucediendo dentro del cuerpo al fusionar los resultados de múltiples modalidades.
Aún no se ha inventado una máquina capaz de realizar las seis técnicas de imagen a la vez, al conocimiento de Lovell, pero él y sus coautores esperan que descubrimientos como los suyos estimulen el desarrollo de dicha tecnología.
La investigación, Imágenes hexagonales con nanopartículas de conversión ascendente recubiertas de porfirina-fosfolípidos, fue publicada el 14 de enero del 2015 en la revista Materiales avanzados. (Hexamodal Imaging with Porphyrin-Phospholipid-Coated Upconversion Nanoparticles James Rieffel, et al Advanced Material. 2015)
Fue dirigido por Lovell; Paras Prasad, Doctor, director ejecutivo del Instituto de Láseres de la UB, Fotónica y Biofotónica (ILPB); y Guanying Chen, Doctor, investigador del ILPB y del Instituto de Tecnología de Harbin en China. El equipo también incluyó colaboradores adicionales de estas instituciones, así como la Universidad de Wisconsin y POSTECH en Corea del Sur.
Los investigadores diseñaron las nanopartículas a partir de dos componentes:un núcleo de «conversión ascendente» que emite la longitud de onda del azul cuando le incide longitud de onda en el infrarrojo cercano, y una tela exterior de porfirina-fosfolípidos (PoP) que envuelve el núcleo.
Cada parte tiene características únicas que la hacen ideal para ciertos tipos de imágenes.
El núcleo, inicialmente diseñado para imágenes de conversión ascendente, está hecho de sodio, iterbio, flúor, itrio y tulio. El iterbio es denso en electrones, una propiedad que facilita la detección mediante tomografías computarizadas.
La envoltura PoP tiene cualidades biofotónicas que la convierten en una gran combinación para la fluorescencia y la imaginación fotoacústica. La capa PoP también es experta en atraer cobre, que se utiliza en imágenes de luminiscencia PET y Cerenkov [1]
Las nanopartículas de conversión ascendente (UCNP) son partículas a nanoescala (de 1 a 100 nm de diámetro) que presentan una conversión ascendente de fotones . En la conversión ascendente de fotones, dos o más fotones incidentes de energía relativamente baja se absorben y se convierten en un fotón emitido con mayor energía. Generalmente, la absorción ocurre en el infrarrojo, mientras que la emisión ocurre en las regiones visible o ultravioleta del espectro electromagnético. Los UCNP generalmente se componen de metales de transición dopados con lantánidos o actínidos basados en tierras raras y son de particular interés para sus aplicaciones en bioimágenes in vivo , biodetección y nanomedicina debido a su absorción celular altamente eficiente y su alto poder de penetración óptica.
Los avances en la tecnología láser en la década de 1960 permitieron la observación de efectos ópticos no lineales como la conversión ascendente. Esto llevó al descubrimiento experimental de la conversión ascendente de fotones en 1966 por François Auzel. Auzel demostró que un fotón de luz infrarroja podría convertirse en un fotón de luz visible en los sistemas de iterbio – erbio e iterbio- tulio . En una red de metal de transición dopada con metales de tierras raras , existe una transferencia de carga en estado excitado entre dos iones excitados. Auzel observó que esta transferencia de carga permite una emisión de fotón con mucha más energía que el correspondiente fotón absorbido.
Recientemente, se ha avanzando en el desafío de diseñar partículas con emisiones sintonizables, un importante progreso en la síntesis de cristales nanoestructurados de alta calidad ha permitido nuevas vías para la conversión ascendente de fotones. Esto incluye la posibilidad de crear partículas con estructuras de núcleo / capa, lo que permite la conversión ascendente a través de la transferencia de energía interfacial (IET), sobre la cual las interacciones entre los pares donantes-aceptor de lantánidos típicos, incluidos Yb-Er, Yb-Tm, Yb-Ho, Gd-Tb , Gd-Eu y Nd-Yb se pueden controlar con precisión en la nanoescala [2].
«La combinación de estos dos componentes biocompatibles en una sola nanopartícula podría darles a los médicos del mañana una poderosa, nueva herramienta para imágenes médicas, «dice Prasad, también profesor distinguido de química de SUNY, física, medicina e ingeniería eléctrica en la UB. «Deberían realizarse más estudios para determinar si la nanopartícula es segura de usar para tales fines, pero no contiene metales tóxicos como el cadmio que se sabe que presentan riesgos potenciales y se encuentran en algunas otras nanopartículas «.
«Otra ventaja de este agente de contraste de imágenes de núcleo / carcasa es que podría permitir la obtención de imágenes biomédicas a múltiples escalas, de una sola molécula a la imagen celular, así como desde imágenes vasculares y de órganos hasta bioimágenes de cuerpo entero, Lovell dice que el siguiente paso en la investigación es explorar usos adicionales para la tecnología.
Por ejemplo, se podría unir una molécula dirigida a la superficie de PoP que permitiría a las células cancerosas absorber las partículas, algo que las imágenes fotoacústicas y de fluorescencia pueden detectar debido a las propiedades del revestimiento inteligente PoP. Esto permitiría a los médicos ver mejor dónde comienzan y terminan los tumores, Dice Lovell [1]
[1]http://es.scienceaq.com/Una nanopartícula, seis tipos de imágenes médicas (scienceaq.com)
[2]https://es.abcdef.wiki/wiki/Upconverting_nanoparticles?msclkid=b78bca6aca1411ec92fdbc36b41d375b. Conversión ascendente de nanopartículas
