Láseres y nanopartículas: el futuro del tratamiento del cáncer ya está aquí

El dibujo muestra un ratón con un tumor canceroso en la pata trasera. Las nanopartículas se inyectan directamente en el tumor, que luego se ilumina con luz láser de infrarrojo cercano. La luz láser de infrarrojo cercano penetra bien a través del tejido y no causa daños por quemaduras. [Kamilla Nørregaard/Instituto Panum]

Inyectar tumores cancerosos con partículas microscópicas y luego eliminarlos con láser parece una idea arrancada directamente de las páginas de ciencia ficción. Sin embargo, esa es precisamente la estrategia de tratamiento que los investigadores del Instituto Niels Bohr y la Facultad de Ciencias de la Salud de la Universidad de Copenhague han estado desarrollando para matar las células cancerosas.

Los investigadores informan en sus hallazgos, que se publicaron recientemente en Scientific Reports en un artículo titulado "Plataforma basada en PET y partículas únicas para identificar nanocalentadores plasmónicos óptimos para la terapia fototérmica contra el cáncer", que el tratamiento se probó en ratones, con resultados demostrando que los tumores se dañan considerablemente.

"El tratamiento consiste en inyectar diminutas nanopartículas directamente en el cáncer", explicó la autora principal del estudio, Lene Oddershede, Ph.D., biofísica y directora del grupo de investigación Pinzas ópticas del Instituto Niels Bohr de la Universidad de Copenhague. "Luego calientas las nanopartículas desde el exterior usando láseres. Es una fuerte interacción entre las nanopartículas y la luz del láser, lo que hace que las partículas se calienten. Lo que sucede es que las partículas calentadas dañan o matan las células cancerosas".

Los experimentos se llevaron a cabo con nanopartículas de diferentes tamaños y estructuras. Los dos primeros de la serie eran de oro macizo y el último de un núcleo de vidrio con una superficie de oro. Las perlas se iluminaron con luz infrarroja cercana con longitudes de onda de 807 nm y 1064 nm. La nanopartícula más efectiva fue la perla de vidrio chapada en oro. [Kamilla Nørregaard/Instituto Panum]

Los tratamientos tradicionales contra el cáncer, como la radiación y la quimioterapia, tienen efectos secundarios importantes porque no solo afectan los tumores, sino también las partes sanas del cuerpo. Un gran proyecto de investigación interdisciplinario entre físicos del Instituto Niels Bohr y médicos y biólogos del Instituto Panum y Rigshospitalet se propuso desarrollar un nuevo tratamiento que solo afecta los tumores cancerosos localmente y, por lo tanto, es mucho más suave para el cuerpo. El proyecto se llama Nanopartículas activadas por láser para la eliminación de tumores (LANTERN).

Después de experimentar con varias membranas biológicas, los investigadores probaron el método en ratones vivos. En esos experimentos, los ratones recibieron tumores cancerosos derivados de células cancerosas humanas cultivadas en laboratorio. Luego, el equipo de investigación probó pequeñas nanopartículas de entre 80 y 150 nanómetros (nm) de diámetro (un nanómetro es la millonésima parte de un milímetro). Las partículas probadas consistían en oro sólido o en una estructura de capa que constaba de un núcleo de vidrio con una fina capa de oro a su alrededor, en un intento por determinar qué partículas son más eficaces para reducir los tumores.

"Como físicos, tenemos una gran experiencia en la interacción entre la luz y las nanopartículas y podemos medir con mucha precisión la temperatura de las nanopartículas calentadas", señaló el Dr. Oddershede. "La efectividad depende de la combinación correcta entre la estructura y el material de las partículas, su tamaño físico y la longitud de onda de la luz".

Las imágenes muestran exploraciones PET de un ratón con un tumor grande (por la flecha blanca). El tumor se trata con nanopartículas, que se inyectan directamente en el tumor y luego se iluminan con luz láser de infrarrojo cercano. La luz láser calienta las nanopartículas, dañando o matando así las células cancerosas (flechas rojas). [Kamilla Nørregaard y Jesper Tranekjær Jørgensen/Instituto Panum]

Los investigadores descubrieron que obtuvieron los mejores resultados con nanopartículas que tenían un tamaño de 150 nm y consistían en un núcleo de vidrio recubierto de oro. Además, las nanopartículas se iluminaron con luz láser de infrarrojo cercano, que es la mejor para penetrar a través del tejido. A diferencia de la radioterapia convencional, la luz láser de infrarrojo cercano no provoca daños por quemaduras en el tejido que atraviesa.

Posteriormente, una hora después del tratamiento, el equipo de investigación ya pudo ver directamente con tomografías por emisión de positrones (PET) que las células cancerosas habían muerto y el efecto continuó durante al menos 2 días después del tratamiento.

"Ahora hemos demostrado que el método funciona", comentó el Dr. Oddershede. "A más largo plazo, nos gustaría que el método funcione mediante la inyección de nanopartículas en el torrente sanguíneo, donde terminan en los tumores que pueden haber hecho metástasis. Con las tomografías PET, podemos ver dónde están los tumores e irradiarlos con láser. , al mismo tiempo que evaluamos de manera efectiva qué tan bien ha funcionado el tratamiento poco después de la irradiación. Además, cubriremos las partículas con quimioterapia, que se libera por el calor y que también ayudará a matar las células cancerosas".

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