Universidad
Politécnica de Madrid

Agregados de nanopartículas para destruir células cancerosas

Un equipo internacional del que forma parte un investigador de la UPM ha demostrado que es posible destruir mecánicamente células cancerosas haciendo rotar nanopartículas magnéticas que se unen a ellas en forma de agregados.

12.06.2017

Un trabajo liderado por la profesora Yu Cheng, de la Universidad de Tongji (Shanghai, China), en el que ha participado la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) junto con instituciones de varios países,  ha conseguido demostrar in vitro que se puede inducir con una efectividad muy elevada la muerte de células cancerosas gracias a la fuerza producida por el movimiento de agregados de nanopartículas magnéticas. Este nuevo estudio -que se publica en la revista Theranostics- combina las ventajas de, por un lado, el tamaño nanométrico de las partículas para alcanzar las células cancerosas y, por otro, el mayor tamaño de los agregados para producir fuerzas más elevadas que son necesarias para inducir la muerte celular.

Imágenes de (a) nanopartículas internalizadas en células cancerosas tras incubación durante 24 h, y (b) agregados de nanopartículas tras aplicar posteriormente un campo magnético de baja magnitud (Fuente: Y. Sheng, C. Wu, Y. Cheng, G.R. Plaza).

Por sus singulares propiedades, desde hace un tiempo se han desarrollado gran cantidad de aplicaciones terapéuticas con nanopartículas magnéticas, especialmente en sistemas de liberación de fármacos y en tratamientos de hipertermia para tumores. En este último caso, se utiliza la propiedad de que, sometidas a un campo magnético que varía a alta frecuencia, las partículas aumentan su temperatura hasta valores que pueden producir la muerte de células cancerosas. También se han estudiado posibles aplicaciones para reducir las posibilidades de infección en implantes y prótesis y para favorecer el crecimiento de tejidos. En este contexto, el equipo de investigación del que forma parte el profesor Gustavo Plaza, del Centro de Tecnología Biomédica de la UPM, se propuso trabajar en una línea menos explorada: la aplicación de fuerzas, a nivel nanométrico, con fines terapéuticos. El objetivo perseguido en el estudio fue la producción de fuerzas lo suficientemente elevadas como para dar lugar a la destrucción mecánica de células cancerosas.

La técnica de funcionalización permite modificar la superficie de las nanopartículas, recubriéndolas con moléculas específicas, para que se unan a ciertos tipos celulares. En el caso del tratamiento de cáncer se recubren las nanopartículas con moléculas que se unan específicamente a proteínas que son expresadas mayoritariamente en las células cancerosas y no en las células sanas. En el nuevo trabajo se ha seguido este método para tratar in vitro células cancerosas. Se ha comprobado que las células internalizan las nanopartículas funcionalizadas, fundamentalmente en el interior de lisosomas, que son pequeños orgánulos celulares. La aplicación de un campo externo de relativamente baja magnitud da lugar a la formación de agregados de nanopartículas que tienen forma alargada. Finalmente, haciendo rotar la dirección del campo magnético, con una frecuencia muy baja, se consigue el movimiento de los agregados de nanopartículas que producen fuerzas lo suficientemente elevadas como para romper la membrana de los lisosomas y la propia membrana celular, induciendo finalmente la muerte de las células cancerosas con una efectividad muy elevada.

Trabajos previos habían empleado nanopartículas individuales o partículas de tamaño micrométrico (mil veces mayor que las nanopartículas) para dañar mecánicamente células cancerígenas. En opinión del investigador Gustavo Plaza, este nuevo estudio combina las buenas propiedades del tamaño nanométrico para alcanzar las células cancerosas y el mayor tamaño de los agregados para producir fuerzas mayores.

La contribución de la UPM a este trabajo ha estado relacionada con los cálculos de los campos magnéticos y las fuerzas ejercidas sobre los agregados de nanopartículas así como con el diseño de los experimentos.

Las conclusiones de este nuevo estudio abren la puerta a futuras investigaciones en la línea de la utilización de nanopartículas magnéticas para la destrucción mecánica de células cancerosas.

Este trabajo es un ejemplo de la exitosa colaboración de la Universidad Politécnica de Madrid y la Universidad de Tongji dentro de la estrategia de intercambio de estudiantes de grado y de postgrado y de promoción de desarrollo conjunto de actividades de investigación.

Y. Sheng et al. 2017. “Elongated Nanoparticle Aggregates in Cancer Cells for Mechanical Destruction with Low Frequency Rotating Magnetic Field”. Theranostics 7:1735-1748.
dx.doi.org/10.7150/thno.18352