Nanocàpsules amb control remot per amplificar localment l'efecte de les quimioteràpies

Un equip internacional ha desenvolupat nanocàpsules magnetoplasmòniques biodegradables a base de ferro metàl·lic i carregades de fàrmac de quimioteràpia, que es controlen externament amb camps magnètics i llum, per eradicar tumors amb una concentració ultrabaixa del fàrmac. Són els primers resultats publicats a la revista ACS Nano d'una investigació conjunta entre l'Institut de Microelectrònica de Barcelona (IMB-CNM-CSIC), l'Institut Català de Nanociència i Nanotecnologia (ICN2) i la Universitat Hebrea de Jerusalem (HU).

Les nanocàpsules aconsegueixen amplificar localment l'acció terapèutica dels medicaments gràcies a l'augment magnètic de la seva concentració al tumor i a l'amplificació de l'efecte terapèutic induït per la calor local que desprenen les nanocàpsules, quan absorbeixen la llum infraroja d'un làser extern. D'aquesta manera, també es minimitzen els efectes secundaris i s'eviten danys innecessaris al teixit sa.

Els assaigs terapèutics in vivo s'han realitzat en ratolins sobre models de tumors de mama humà i els resultats han estat satisfactoris, eliminant els tumors amb l'administració intravenosa del fàrmac encapsulat en dimensions nanomètriques, en una concentració entre 200 i 500 vegades més baixa que la seva finestra terapèutica.

"Dipositant una fina capa de ferro metàl·lic sobre nanocàpsules carregades de fàrmac, hem aconseguit integrar uns nanoimans molt robustos, però estables col·loïdalment gràcies a la seva especial configuració magnètica, que minimitza la interacció entre ells i impedeix la seva agregació", explica Borja Sepúlveda, investigador principal del projecte, ara a l'IMB-CNM i anteriorment a l'ICN2.

La nanocapa de ferro metàl·lic “permet aprofitar el seu comportament plasmònic per absorbir la llum de l'infraroig proper, que té una alta penetració als teixits, de manera molt eficient per generar calor local”, afegeix. Aquesta combinació permet “augmentar magnèticament la concentració de nanocàpsules al tumor i amplificar l'efecte terapèutic del fàrmac encapsulat mitjançant la hipertèrmia local induïda amb un làser extern”. Després de l'actuació externa, les nanocàpsules es degraden ràpidament i evita així problemes de bioacumulació i toxicitat.

Uns resultats prometedors per aplicar en tumors i altres malalties

L'estudi ha permès comprovar que, en millorar l'administració i l'eficàcia dels agents terapèutics mitjançant les nanocàpsules, es pot reduir dràsticament la concentració de fàrmac injectat, cosa que podria reduir el període de tractament, a més de reduir la freqüència i les dosis de quimioteràpia . Un altre avantatge derivat del magnetisme de les nanocàpsules és que permet visualitzar de manera no invasiva la biodistribució d'aquestes i l'acumulació al tumor mitjançant ressonància magnètica.

Els prometedors resultats terapèutics de les nanocàpsules magnetoplasmòniques permeten entreveure aplicacions que podrien estendre's fàcilment a altres fàrmacs i tumors, i fins i tot a altres malalties.

El següent pas de la investigació passa per demostrar que l'estratègia és eficaç amb altres fàrmacs de quimioteràpia o fotodinàmics i per a altres tipus de tumors. Alhora, en el projecte MAPSCALE, també s'està desenvolupant un prototip per escalar la producció de les nanocàpsules semi-cobertes de metall.

Article de referència:
Efficient Tumor Eradication at Ultralow Drug Concentration via Externally Controlled and Boosted Metallic Iron Magnetoplasmonic Nanocapsules. Arnon Fluksman, Aritz Lafuente, Zhi Li, Jordi Sort, Silvia Lope-Piedrafita, Maria José Esplandiu, Josep Nogues, Alejandro G. Roca, Ofra Benny, and Borja Sepulveda. ACS Nano 2023 17 (3), 1946-1958. DOI: 10.1021/acsnano.2c05733

Galeria d'imatges

• Imatge de microscòpia electrònica de les nanocàpsules magnetoplasmòniques autoassemblades en una superfície de silici.
• Imatge de microscòpia electrònica de transmissió de les nanocàpsules mostrant en negre la capa de ferro metàl·lic i per sobre el recobriment protector de sílica.
• Detall en major augment de les capes de ferro i sílica mitjançant el mapa de dispersió d'energia de raigs X.
• Imatges de ressonància magnètica nuclear que mostren la zona del tumor (envoltada per línia groga) abans de la injecció de les nanocàpsules, i després de la seva injecció i concentració magnètica al tumor, demostrant la seva presència a les zones enfosquides del tumor.