Un equipo internacional,
con participación del CSIC y el CNIO, consigue nanoestructuras para estudiar el
cerebro y analizar tumores y el alzhéimer, En 2019 comenzaba NanoBright, un
ambicioso proyecto que planteaba el uso de luz para diagnosticar tumores y
lesiones cerebrales, entre otras patologías. Fruto de este trabajo, se ha
desarrollado una novedosa sonda que utiliza nanoestructuras para canalizar las
señales luminosas a través del tejido cerebral. Esta nueva tecnología, elegida
como portada de Advanced
Optical Materials, podría suponer un gran avance para el
estudio y tratamiento de tumores cerebrales y de enfermedades
neurodegenerativas como el alzhéimer.
El
internacional equipo está coordinado por el Instituto Italiano de Tecnología en
Lecce (IIT-CBN, Italia) y cuenta con la participación de científicos del
Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas
(CNIO).
La nueva
tecnología consiste en una fibra óptica, con un
diámetro menor al de un cabello humano, en cuyo interior
alberga las denominadas estructuras plasmónicas. Estas son nanoestructuras
metálicas que pueden ajustarse para responder a un estímulo de luz que viaja
por la fibra. El tamaño de las estructuras plasmónicas es similar al de los
cuerpos neuronales, aspecto fundamental del diseño y en el que ha sido esencial
la colaboración del equipo del CSIC. El dispositivo dirige la luz de forma
precisa y genera una interacción física con las células para observar sus
propiedades.
Se trata de una fibra
óptica modificada para enviar y recibir luz. La sonda permite iluminar las
moléculas del tejido cerebral y amplificar la luz que estas reflejan, generando
patrones espectrales en función de las propiedades de cada tipo de molécula”,
explica la investigadora del Instituto
Cajal del CSIC Liset Menéndez de
la Prida, directora de la aplicación neurocientífica del
proyecto y experta en el estudio de la epilepsia.
Según indica
el investigador del CNIO Manuel Valiente,
que coordina la aplicación de esta tecnología en el estudio del cáncer: “Este
primer trabajo de Nanobright confirma que técnicamente podemos pasar a la
segunda etapa para testar estas preparaciones en los modelos experimentales de
cáncer, y poder en un futuro mejorar la capacidad de diagnóstico y tratamiento
de los tumores cerebrales”.
El Grupo de
Metástasis Cerebral que dirige Valiente en el CNIO investigará
el uso de esta nueva tecnología para discriminar entre los tumores cerebrales
primarios o metastásicos, de muy diferente tratamiento; así como el uso de la
generación de luz para permeabilizar la barrera hematoencefálica, favoreciendo
de esta manera el acceso al cerebro de medicamentos antitumorales.
La modificación de los
tejidos cerebrales en metástasis o en traumatismos craneoencefálicos conlleva
una alteración en su composición molecular. Lo mismo ocurre en el caso del
envejecimiento o del Alzheimer, con la consecuente variación en la composición
de los lípidos cerebrales. Así, la técnica podrá caracterizar los tejidos
alterados al medir la diferente proporción de sustancias como los citados
lípidos o las proteínas, entre otras.
Las sondas
neuronales desarrolladas por el grupo son, además, mínimamente invasivas. Otras
técnicas que se sirven de la luz para estudiar el cerebro, como las técnicas
optogenéticas, requieren de modificaciones a nivel genético para la expresión
de proteínas que permitan su correcto funcionamiento. La nueva tecnología supone
una aplicación biocompatible de la luz que se limita a excitar las moléculas ya
presentes en el tejido.
La
investigación sienta así las bases de una nueva aproximación al estudio del
sistema nervioso central y de las causas moleculares de los trastornos
neurológicos. Los científicos están ya enfocados en la siguiente fase del
proyecto. “Hemos hecho unas primeras pruebas en tejido fijado. Ahora estamos
embarcados en sistematizar el testado en modelos experimentales relevantes para
la aplicabilidad clínica como son la metástasis cerebral, la epilepsia
postraumática y el envejecimiento”, explican Menéndez de la Prida y Valiente.
El proyecto ha sido
financiado por la Comisión Europea con 3,5 millones de euros a través de FET (Future
and Emerging Technologies). Este es uno de los sistemas de
financiación tecnológicamente más ambiciosos de la Unión Europea, que está
enfocado a proyectos para la creación de tecnologías disruptivas.
Dos años de investigación
La
investigación es el resultado de más de 2 años de trabajo de un equipo
multidisciplinar con físicos, nanotecnólogos, biólogos tumorales y
neurocientíficos expertos en trastornos neuronales. “Es la primera sonda
terminada dentro del consorcio. Durante estos años se ha logrado la tecnología
y hacer los testados iniciales. Es una historia de éxito”, apunta Menéndez de
la Prida.
El proyecto
ha sido dirigido por Filippo Pisano y coordinado por Ferruccio Pisanello y
Massimo De Vittorio en el IIT y la Università del Salento, junto con Marco
Grande en el Politecnico di Bari.
El IIT
contaba con la experiencia previa en la creación de interconexiones ópticas y
fotónicas con el tejido nervioso central y en el campo de las interconexiones
plasmónicas. Por ello, el centro italiano se ha centrado en el desarrollo
tecnológico de los dispositivos que se pueden implantar y en la optimización de
las estructuras plasmónicas para detectar la naturaleza de los tejidos
tumorales.
El Instituto Cajal y el CNIO también han
colaborado en el diseño de la fibra a través de su experiencia y trabajos
científicos, que han servido para enfocar su posible aplicación en el
envejecimiento, los tumores cerebrales, las lesiones cerebrales traumáticas o
la consecuente epilepsia postraumática.
La lista
completa de autores incluye a Muhammad Fayyaz Kashif (Politecnico di Bari),
Antonio Balena (IIT-CBN), Marco Pisanello (IIT-CBN), Francesco De Angelis (IIT)
y Antonella D'Orazio (Politecnico di Bari).
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