Sincrotró ALBA

Un estudi dut a terme per investigadors de POLYMAT-Universitat del País Basc, INIFTA-Universitat Nacional de la Plata i el Sincrotró ALBA ha aconseguit avenços prometedors en l'estabilització de nanopartícules d'or (AuNPs) per al seu ús en teràpia contra el càncer. El treball, publicat en la revista científica Small, descriu la síntesi de partícules anisòtropes híbrides de nanopartícules d'or i nanogel, que superen els reptes que han frenat l'aplicació clínica de les AuNPs, mantenint per primera vegada les seves propietats òptiques.
Les nanopartícules d'or es consideren una poderosa eina en el tractament fototèrmic del càncer degut a la seva capacitat per a convertir la llum en calor, que es concentra en les cèl·lules tumorals per a destruir-les. No obstant això, la recerca ha demostrat que les nanopartícules d'or anisotròpiques no protegides són propenses a patir processos d'evaporació i condensació que provoquen la pèrdua de les seves propietats fototèrmiques durant la durada del tractament d'irradiació. Un nou estudi, publicat en la revista científica Small, presenta un enfocament nou per a estabilitzar aquestes partícules tot preservant les seves característiques òptiques crítiques i, per tant, amb potencial per a millorar l'eficàcia de les teràpies contra el càncer.
Les nanopartícules d'or anisotròpiques són partícules fototèrmiques no esfèriques que poden dissenyar-se per a la conversió tèrmica per irradiació en l'infraroig pròxim, la qual cosa resulta especialment avantatjosa en aplicacions mèdiques per la seva gran profunditat de penetració en els teixits biològics i la seva baixa toxicitat per a les cèl·lules normals. No obstant això, la seva inestabilitat estructural impedeix un ús terapèutic prolongat. Per aquest motiu, treballs anteriors han intentat recobrir nanopartícules d'or en gels com el polietilenglicol (PEG). D’altra banda, encara que aquests recobriments milloren l'estabilitat, també alteren la forma i les propietats òptiques de les nanopartícules d'or, reduint significativament la seva eficàcia fototèrmica.
En aquest nou estudi, investigadors de POLYMAT-Universitat del País Basc, INIFTA-Universitat Nacional de la Plata i el Sincrotró ALBA, van idear un mètode de síntesi d'un sol pas que estabilitza les nanopartícules d'or anisòtropes recobrint-les d'un nanogel polimèric ultrafi in situ. Utilitzant poliacrilamida (pAA) i poli-(N-isopropilacrilamida) (pNIPAM), l'equip va aconseguir embolcalls de nanogel d'entre 2 i 8 nanòmetres de gruix al voltant de cada nanopartícula d'or. Aquest recobriment ultrafin va preservar les dimensions i la forma de les nanopartícules, garantint que les seves propietats òptiques i fototèrmiques no es veiessin afectades. En particular, les nanopartícules amb forma de barra i estrella van conservar la seva integritat estructural i les seves característiques òptiques, i els híbrids amb forma de barra van mostrar una estabilitat i eficàcia especialment prometedores per a aplicacions fototèrmiques. Els investigadors també van descobrir que els recobriments de pNIPAM ofereixen la millor protecció per a les nanopartícules, mentre que els recobriments de pAA presenten una eficiència òptima de conversió fototèrmica.
Els resultats demostren una notable millora en comparació amb els mètodes anteriors. Per exemple, les nanopartícules recobertes amb pNIPAM no van mostrar cap canvi en les seves propietats òptiques sota irradiació làser en l'infraroig pròxim, mentre que les recobertes amb pAA van mostrar un canvi mínim de 7 nanòmetres. Això contrasta clarament amb el canvi de 50 nanòmetres observat amb els recobriments de PEG, la qual cosa suposa un augment de l'estabilitat de 50 vegades per a la pNIPAM i de 7 vegades per al pAA en comparació amb el PEG. L'augment de l'estabilitat sota exposició làser obre la possibilitat que les nanopartícules d'or s'utilitzin com a agents fototèrmics més fiables durant períodes prolongats en entorns clínics, cosa que potencialment pot conduir a tractaments contra el càncer més eficaços i sostinguts.
L'anàlisi amb llum de sincrotró, especialment la dispersió de raigs X d'angle petit (SAXS) a la línia de llum NCD-SWEET del Sincrotró ALBA, va ser essencial per a confirmar la precisió de la uniformitat dels fins nanogels, així com la seva adherència a les nanopartícules. Aquesta tècnica va permetre a l'equip verificar que la capa protectora no interfereix amb les propietats anisotròpiques de les nanopartícules i, per tant, va proporcionar els coneixements estructurals necessaris per a aconseguir el delicat equilibri entre protecció i funcionalitat.
Una vegada resolts els problemes d'estabilitat, aquesta recerca no sols aplana el camí per a l'exploració clínica del tractament del càncer amb nanopartícules d'or, sinó també per a altres aplicacions biomèdiques, com la polimerització de nanogels al voltant de proteïnes en la cicatrització de ferides cutànies.
Patrons de dispersió de raigs X d'angle petit (SAXS) de nanopartícules d'or (AuNPs) anisòtropes. A l'esquerra, es mostra el perfil SAXS d’AuNPs en forma de barra. El requadre mostra una imatge TEM de la barra (2,8 nm de gruix) i una il·lustració esquemàtica del recobriment de nanogel. A la dreta, es presenta el patró SAXS d'una nanoestrella, on destaquen les contribucions tant de la grandària global com dels pics individuals de l'estrella. El requadre mostra una imatge TEM de la nanoestrella amb unes dimensions de 4,6 nm i 6,8 nm per als braços en estrella.