Soy Fernando Herranz y estreno en DCIENCIA para contaros un trabajo que publicamos recientemente en la revista Nanomedicina: nanotecnología, biología y medicina en el campo del diagnóstico de enfermedades cardiovasculares.
¿Qué descubrimos?
En esta tesis desarrollamos un nuevo método para diagnosticar la presencia de aterosclerosis en modelos animales mediante técnicas de imagen médica. Para hacer esto, usamos un concepto relativamente nuevo llamado “Química Bioortogonal”. Pero vayamos paso a paso.
¿Qué es la aterosclerosis?
La aterosclerosis es una enfermedad inflamatoria en la que se acumulan diversas sustancias debido al daño a las células que recubren el interior de las arterias principales. La más conocida de estas sustancias es el colesterol, pero hay algunas más. Esta acumulación hace que los macrófagos “coman” este colesterol, de hecho comen tanto que acaban muriendo de “indigestión”. La muerte de los macrófagos crea una cascada de procesos bioquímicos que desencadenan el engrosamiento de la pared arterial, es decir, la formación de una placa aterosclerótica. Este disco que se está desarrollando puede ser estable y vivir con nosotros toda la vida sin que nos demos cuenta … o no. La placa puede ser tan grande que obstruye el flujo sanguíneo donde sea que esté, o puede estallar y crear lo que se conoce como un trombo, que se mueve incontrolablemente por el torrente sanguíneo y acaba provocando algunas de las enfermedades cardiovasculares más conocidas, como Infarto de miocardio o accidente cerebrovascular. El principal problema de la aterosclerosis es que es una enfermedad “silenciosa”. Salvo que provoque un hecho grave que nos lleve al hospital, viviremos con él toda la vida sin saberlo en la mayoría de los casos. Solo cuando se desencadena uno de los efectos anteriores, que requiere atención médica urgente, nos daremos cuenta de lo grave que es, incluso en los casos más graves conducirá a la muerte del paciente. Precisamente por tratarse de una amenaza sigilosa, existe un gran interés en el desarrollo de métodos de diagnóstico que permitan detectar su presencia y actuar antes de que tengan consecuencias graves. Entre las medidas a tomar, los cambios de estilo de vida (dieta, ejercicio, tabaco …) son sin duda las más efectivas, que no siempre es fácil de conseguir, pero que todos debemos tener en cuenta.
Desarrollo de aterosclerosis en una arteria.
Uno de los enfoques más prometedores para lograr un diagnóstico temprano de placa aterosclerótica es mediante el uso de imágenes médicas. Este enfoque implica el uso de técnicas con las que la mayoría de nosotros estamos familiarizados, como la resonancia magnética (MRI), la tomografía por emisión de positrones (PET) o la tomografía computarizada (CT) para visualizar la placa en los pacientes. Este sistema se basa en el uso de un compuesto químico (conocido como sonda o trazador) que tiene dos componentes: uno que puede acumularse principalmente en la enfermedad que se está diagnosticando (aterosclerosis en nuestro caso) y otro que es una señal del tipo envía que podemos ver a través de una técnica de imagen … aunque explicado de esta manera puede parecer simple, como puedes imaginar que no lo es. A menudo, esta sonda no se comporta de la manera que queremos, por ejemplo, no se acumula donde se desea, no da suficiente señal para verla, o se quita del cuerpo demasiado rápido, o todo eso. ¡al mismo tiempo! Aquí es donde entra en juego el tercer aspecto que vamos a analizar: la nanomedicina.
¿Qué es la nanomedicina?
La nanomedicina es simplemente la aplicación de la nanotecnología para resolver problemas biomédicos. Pero, ¿qué es la nanotecnología? La nanotecnología se puede definir como la producción, investigación y manipulación de materia en el rango nanométrico (1 nanómetro = 0.000000001 metro). En este orden de magnitud, la materia se comporta de manera diferente que en tamaños más grandes o más pequeños. Podemos resumirlo en una frase: las propiedades de los materiales dependen de su tamaño. Esto significa que a escala nanométrica las propiedades de la materia cambian no solo por su composición o estructura, como ocurre en la escala en la que normalmente nos movemos, sino también por su tamaño. Para ilustrar con un ejemplo: tenemos una nanopartícula de tamaño X, conocidas como las partículas o productos más comunes utilizados en nanotecnología, que no son más que pequeñas esferas de tamaño manométrico, es decir, menos de 0,000000001 metros. Esta nanopartícula es fluorescente y emite luz azul. Sin embargo, si la misma nanopartícula tiene un tamaño diferente a pesar de tener la misma composición y forma, emitirá luz roja solo porque su tamaño ha cambiado. La siguiente imagen ilustra este hecho para varias nanopartículas de la misma composición. Este concepto se extiende a muchas otras propiedades de las nanopartículas y permite su uso en imágenes médicas (entre muchas otras aplicaciones).
Diferencias de fluorescencia de un mismo tipo de nanopartícula debido a cambios de tamaño.
¿Qué hicimos?
En este trabajo desarrollamos un nuevo método para detectar aterosclerosis en modelos animales que desarrollan la enfermedad mediante técnicas de imagen médica. Para ello, utilizamos un anticuerpo que se acumula específicamente donde se oxida el colesterol (la forma que se acumula en la aterosclerosis) y nanopartículas que emiten una señal en dos procesos de imagen a la vez (en PET y MRI). Por lo general, adjunta este anticuerpo a las nanopartículas e inyecta todo junto. De esta forma, a menudo surgen problemas con respecto al tipo de sondas que se pueden utilizar y la calidad de las imágenes obtenidas. Lo que hicimos fue utilizar la química bioortogonal. En química bioortogonal se utilizan dos compuestos químicos que solo reaccionan entre sí, con el añadido de que no reaccionan con biomoléculas que pueden existir en un ser vivo. De hecho, la selectividad de estos compuestos y la velocidad con la que reaccionan les permite ser utilizados in vivo, reaccionan in vivo. En nuestro enfoque, unimos uno de estos compuestos al anticuerpo y lo inyectamos, esperamos el tiempo que tardó el anticuerpo en acumularse en el área de interés (generalmente 24 horas) y luego inyectamos nuestra nanopartícula.
Detección de aterosclerosis con nanopartículas y química bioortogonal
Dado que la nanopartícula tiene el compuesto complementario al que se transportó el anticuerpo en su superficie, se acumulará principalmente donde se ha acumulado el anticuerpo. Esto nos ha permitido generar imágenes en las que se identifica clarola presencia de aterosclerosis in vivo en modelos animales. Enfatizo el término “claro” ya que es un aspecto clave: para que un método de diagnóstico sea útil y utilizado en la clínica en el futuro, debe proporcionar una señal fácilmente identificable que no requiera un análisis post-hoc complicado. Esto es exactamente lo que se consigue en estos resultados, un cuadro claro e inequívoco de la presencia de aterosclerosis gracias a la combinación de los tres aspectos que comentamos brevemente: nanomedicina, imagen molecular y química bioortogonal.
Tras este hallazgo inicial, estamos trabajando para extender este enfoque a otros modelos animales de aterosclerosis, así como a otras patologías que pueden beneficiarse de un diagnóstico claro y precoz.
Articulo completo. Pellico, J.; Fernández-Barahona, I.; Benito, M.; Gaitán-Simón, Á.; Gutiérrez, L.; Ruiz-Cabello, J.; Herranz, F. Evidencia clara de aterosclerosis con nanomateriales bioortogonales. Nanomedicina Nanotecnología, Biol. Med.2019, 17, 26-35.
Disponible en la siguiente dirección:
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1549963419300085
