Una técnica permite el monitoreo de nanopartículas magnéticas en organismos vivos

Esta metodología podrá ser útil en investigaciones orientadas a probar el uso de nanomateriales magnéticos en el diagnóstico y el tratamiento de enfermedades

Por Karina Toledo  |  Agência FAPESP – Científicos brasileños describieron en la revista Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine un nuevo método de monitoreo en tiempo real de la acumulación de nanopartículas magnéticas en órganos tales como el hígado.

Tal como explican los autores, este tipo de nanopartículas ha sido puesto a prueba en modelos animales tanto en el diagnóstico como en el tratamiento de diversas enfermedades, entre ellas el cáncer. Entre las posibilidades futuras se encuentran su utilización para cargar fármacos, o como agentes de contraste en estudios de resonancia magnética nuclear. También es posible emplear estos nanomateriales para analizar la motilidad gastrointestinal y las funciones hepáticas y renales.

“Nuestro trabajo puede servir de ayuda en estudios de todas esas áreas, al ofrecer una herramienta de bajo costo para la detección de nanopartículas magnéticas in vivo. Serían para su utilización en modelos animales y también en humanos en el futuro”, dijo Caio César Quini, investigador del Departamento de Física y Biofísica del Instituto de Biociencias (IBB) de la Universidade Estadual Paulista (Unesp), con sede en la localidad de Botucatu (en el interior de São Paulo, Brasil), y autor principal del artículo.

Esta técnica, conocida como Biosusceptometría de Corriente Alterna (BAC), fue adaptada para el monitoreo de nanopartículas magnéticas en el hígado durante el doctorado de Quini. La investigación contó con el apoyo de la FAPESP y se concretó bajo la supervisión del profesor José Ricardo de Arruda Miranda, del IBB-Unesp.

“La BAC funciona como un transformador de flujo magnético. El aparato está compuesto por dos bobinas de cobre y un sensor. La bobina de detección [externa] genera un campo magnético que induce una corriente en la bobina de referencia [interna]. Cuando un material magnético se acerca al sensor, éste pasa la inducción de una bobina a otra, y esto genera una señal. La alteración de la señal varía de acuerdo con el tipo, la cantidad y la distancia del material magnético, y puede monitoreársela desde una computadora acoplada al artefacto”, explicó Quini.

El grupo de la Unesp y sus colaboradores pusieron a prueba la sensibilidad del método in vivo en ratas. Se anestesió a los animales y luego se los dispuso vientre arriba sobre el sensor, ubicado en la zona del hígado. Luego se inyectaron nanopartículas de óxido de hierro con manganeso y revestidas con citrato en la vena femoral de los roedores. La síntesis del nanomaterial magnético se concretó en el marco de una colaboración con el investigador Andris Bakuzis, del Instituto de Física de la Universidad Federal de Goiás (UFG), también en Brasil.

“Observamos que la señal del sistema BAC aumenta a medida que se eleva la concentración de las nanopartículas en el hígado. Al cabo de un tiempo, empieza a decaer como consecuencia de la actividad de los macrófagos, las células de defensa encargadas de captar y degradar la sustancia extraña en el organismo. Con base en estos datos y en referencias existentes en la literatura científica, creamos un modelo farmacocinético a los efectos de describir la acumulación de las nanopartículas en el hígado en el transcurso del tiempo”, comentó Quini.

Los datos obtenidos con el sistema BAC se compararon con los recabados con otro aparato conocido como resonancia paramagnética electrónica (RPE), capaz de cuantificar el hierro existente en el organismo. El examen mediante RPE se realizó en colaboración con el grupo coordinado por Oswaldo Baffa en el Departamento de Física de la Facultad de Filosofía, Ciencias y Letras de Ribeirão Negro, de la Universidad de São Paulo (USP).

De acuerdo con Quini, no se observaron discrepancias significativas en los parámetros obtenidos mediante la aplicación de ambas técnicas, lo cual sugiere que el sistema BAC tiene una buena sensibilidad para monitorear las nanopartículas in vivo.

“La única diferencia consiste en que la señal obtenida mediante RPE no decae a medida que las nanopartículas van siendo degradadas por los macrófagos, pues con esta técnica se cuantifica el elemento hierro y no las nanopartículas en sí mismas”, explicó.

Al final se sacrificó a los animales, y sus órganos se extrajeron y se liofilizaron (se los transformó en polvo) con el objetivo de cuantificar la cantidad de partículas en cada parte del cuerpo también mediante el uso del sistema BAC.

Una técnica versátil

De acuerdo con Quini, los métodos actualmente disponibles para la cuantificación de nanopartículas magnéticas en modelos animales son la resonancia magnética nuclear o un tipo de tomografía conocido como MPI (magnetic particle imaging), de uso aún bastante restringido.

“Estos aparatos cuestan millones de reales, mientras que un equipo de BAC puede construirse con algo más de cinco mil reales. Y además de ser mucho más barato, es portátil y no requiere del uso de radiación ionizante. La desventaja del BAC reside en que, a diferencia de los métodos usuales, no suministra imágenes. Al menos por ahora”, dijo Quini.

El equipo que coordina De Arruda Miranda en la Unesp ha venido trabajado en el desarrollo de nuevas posibilidades para el sistema BAC, con el apoyo de la FAPESP.

“Creamos composiciones destinadas a este equipo, tales como multisensores de imágenes magnéticas, tomografías por BAC y detectores de materiales magnéticos en tejidos, y estudiamos las diferentes aplicaciones de estas composiciones”, comentó el investigador.

En lo que se respecta a las nanopartículas magnéticas, añadió De Arruda Miranda, los estudios van desde el monitoreo en órganos específicos tales como el hígado y los riñones, o el sistema circulatorio, hasta su biodistribuición en el organismo en general.

“También realizamos estudios de absorción vía tracto gastrointestinal y sistemas agregados, con el objetivo de saber qué sucede con esas partículas cuando entran en contacto con la sangre”, comentó de Arruda Miranda.

En otra línea de investigación, el grupo utiliza el sistema BAC para analizar en distintos contextos –tales como diabetes, colitis y embarazo– la actividad de contracción del estómago, el intestino y el colon, y el tiempo de vaciamiento gástrico. Se han realizado análisis en pacientes y en modelos animales.

El grupo de investigadores también evalúa la aplicación de la técnica BAC para monitorear formas farmacéuticas sólidas, tales como pastillas y cápsulas, y estudia los mecanismos de liberación del principio activo in vivo.

Puede leerse el artículo intitulado “Real-time liver uptake and biodistribution of magnetic nanoparticles determined by AC biosusceptometry” en el siguiente enlace: sciencedirect.com/science/article/pii/S1549963417300230.