Un estudio llevado a cabo por investigadores de POLYMAT-Universidad del País Vasco, INIFTA-Universidad Nacional de la Plata y el Sincrotrón ALBA ha logrado avances prometedores en la estabilización de nanopartículas de oro (AuNPs) para su uso en terapia contra el cáncer. El trabajo, publicado en la revista científica Small, describe la síntesis de partículas anisótropas híbridas de nanopartículas de oro y nanogel, que superan los retos que han frenado la aplicación clínica de las AuNPs, manteniendo por primera vez sus propiedades ópticas.

Las nanopartículas de oro se consideran una poderosa herramienta en el tratamiento fototérmico del cáncer debido a su capacidad para convertir la luz en calor, que se concentra en las células tumorales para destruirlas. Sin embargo, las investigaciones han demostrado que las nanopartículas de oro anisotrópicas no protegidas son propensas a sufrir procesos de evaporación y condensación que provocan la pérdida de sus propiedades fototérmicas durante la duración del tratamiento de irradiación. Un nuevo estudio, publicado en la revista científica Small, presenta un enfoque novedoso para estabilizar estas partículas preservando sus características ópticas críticas y, por tanto, con potencial para mejorar la eficacia de las terapias contra el cáncer.

Las nanopartículas de oro anisotrópicas son partículas fototérmicas no esféricas que pueden diseñarse para la conversión térmica por irradiación en el infrarrojo cercano, lo que resulta especialmente ventajoso en aplicaciones médicas por su gran profundidad de penetración en los tejidos biológicos y su baja toxicidad para las células normales. Sin embargo, su inestabilidad estructural impide un uso terapéutico prolongado. Por este motivo, trabajos anteriores han intentado recubrir nanopartículas de oro en geles como el polietilenglicol (PEG). Por otro lado, aunque estos recubrimientos mejoran la estabilidad, también alteran la forma y las propiedades ópticas de las nanopartículas de oro, reduciendo significativamente su eficacia fototérmica.

En este nuevo estudio, investigadores de POLYMAT-Universidad del País Vasco, INIFTA-Universidad Nacional de la Plata y el Sincrotrón ALBA, idearon un método de síntesis de un solo paso que estabiliza las nanopartículas de oro anisótropas recubriéndolas de un nanogel polimérico ultrafino in situ. Utilizando poliacrilamida (pAA) y poli-(N-isopropilacrilamida) (pNIPAM), el equipo consiguió envolturas de nanogel de entre 2 y 8 nanómetros de grosor alrededor de cada nanopartícula de oro. Este recubrimiento ultrafino preservó las dimensiones y la forma de las nanopartículas, garantizando que sus propiedades ópticas y fototérmicas no se vieran afectadas. En particular, las nanopartículas con forma de barra y estrella conservaron su integridad estructural y sus características ópticas, y los híbridos con forma de barra mostraron una estabilidad y eficacia especialmente prometedoras para aplicaciones fototérmicas. Los investigadores también descubrieron que los recubrimientos de pNIPAM ofrecían la mejor protección para las nanopartículas, mientras que los recubrimientos de pAA presentaban una eficiencia óptima de conversión fototérmica.

Los resultados demuestran una notable mejora en comparación con los métodos anteriores. Por ejemplo, las nanopartículas recubiertas con pNIPAM no mostraron ningún cambio en sus propiedades ópticas bajo irradiación láser en el infrarrojo cercano, mientras que las recubiertas con pAA mostraron un cambio mínimo de 7 nanómetros. Esto contrasta claramente con el cambio de 50 nanómetros observado con los recubrimientos de PEG, lo que supone un aumento de la estabilidad de 50 veces para la pNIPAM y de 7 veces para el pAA en comparación con el PEG. El aumento de la estabilidad bajo exposición láser abre la posibilidad de que las nanopartículas de oro se utilicen como agentes fototérmicos más fiables durante periodos prolongados en entornos clínicos, lo que potencialmente podría conducir a tratamientos contra el cáncer más eficaces y sostenidos.

El análisis con luz de sincrotrón, especialmente la dispersión de rayos X de ángulo pequeño (SAXS) en la línea de luz NCD-SWEET del Sincrotrón ALBA, fue esencial para confirmar la precisión de la uniformidad de los finos nanogeles, así como su adherencia a las nanopartículas. Esta técnica permitió al equipo verificar que la capa protectora no interfiere con las propiedades anisotrópicas de las nanopartículas y, por tanto, proporcionó los conocimientos estructurales necesarios para lograr el delicado equilibrio entre protección y funcionalidad.

Una vez resueltos los problemas de estabilidad, esta investigación no sólo allana el camino para la exploración clínica del tratamiento del cáncer con nanopartículas de oro, sino también para otras aplicaciones biomédicas, como la polimerización de nanogeles alrededor de proteínas en la cicatrización de heridas cutáneas.

highlight_AuNP_nanogel.png

Patrones de dispersión de rayos X de ángulo pequeño (SAXS) de nanopartículas de oro (AuNPs) anisótropas. A la izquierda, se muestra el perfil SAXS de AuNPs en forma de barra. El recuadro muestra una imagen TEM de la barra (2,8 nm de grosor) y una ilustración esquemática del recubrimiento de nanogel. A la derecha, se presenta el patrón SAXS de una nanoestrella, donde destacan las contribuciones tanto del tamaño global como de los picos individuales de la estrella. El recuadro muestra una imagen TEM de la nanoestrella con unas dimensiones de 4,6 nm y 6,8 nm para los brazos en estrella.