Nanoinnovación: cómo los puntos cuánticos han revolucionado la medicina

Las nanopartículas de un tamaño inferior a una diezmilésima del grosor del cabello humano —los llamados puntos cuánticos— han revolucionado el diagnóstico médico y la farmacología. La Universidad Nacional de Investigaciones Nucleares de Moscú, MEPhI, lleva a cabo estudios intensos de las posibilidades de emplear puntos cuánticos en el ámbito de la biomedicina.

Los puntos cuánticos (también conocidos como 'átomos artificiales') son cristales de semiconductores de un tamaño tan ínfimo que los electrones en su interior tienen limitado el movimiento en tres dimensiones. Algo parecido le pasaría a una pelota dentro de una caja en la que solo pudiera desplazarse entre las paredes. El término 'cuántico' en este caso significa que las distintas características de esos puntos, como por ejemplo las ópticas o las eléctricas, varían en función de su tamaño.

Fotos: Nanoingeniería en Rusia: el futuro ya está aquí

Los puntos cuánticos se descubrieron en los años 50 del siglo XX y, durante bastante tiempo, fueron un objeto pasivo del estudio de los físicos. Posteriormente, los químicos lograron sintetizar puntos cuánticos 'a la carta', de un tamaño y, por ende, propiedades físicas determinadas. Pero la biología y la medicina comenzaron a utilizar puntos cuánticos solo después de que se hallara el modo de hacerlos solubles en agua y líquidos biológicos, así como de controlar su tamaño, es decir de programar sus propiedades físicas aún durante el proceso de creación.

Los puntos cuánticos que más se emplean en la medicina son los coloidales, que son nanocristales obtenidos por método de la síntesis química a alta temperatura. En un medio calentado que incluye dos o más estados de fase se inyecta una solución con los reactivos químicos correspondientes. Como resultado se produce una reacción química rápida y se forman núcleos de fase sólida. Esto son las bases de los puntos cuánticos cristalinos. Después las partículas crecen y su tamaño se controla con una precisión de hasta el 10%. El tamaño medio de los puntos cuánticos aptos para su empleo en la medicina es de entre dos y medio y cinco nanómetros. Del tamaño dependen sus propiedades ópticas: con la radiación externa, los nanocristales pequeños brillan con luz violeta y los grandes, con luz roja.

Lea más: La humanidad está a un paso de la cuarta revolución industrial: la neurotecnológica

El principal problema que tienen la mayoría de las nanopartículas a la hora de ser inyectadas en el cuerpo humano es su toxicidad para las células vivas, y no solo se trata de algún elemento químico que las integra. Se trata de la nanotoxicidad. Las nanopartículas son de un tamaño muy pequeño similar al de una molécula biológica. Al nanocristal se le adhieren proteínas humanas que se ponen del revés, lo que provoca una fuerte respuesta del sistema inmunitario, que intenta destruir las proteínas 'intrusas'.

Las nanopartículas pueden convertirse en centros de formación de proteínas filiformes (fibrilares) y enrolladas en ovillos que parecen placas asociadas a la enfermedad de Alzhéimer y son capaces de bloquear la transmisión del impulso nervioso. Hay distintas formas de evitar la adhesión de las proteínas a los nanocristales. Por ejemplo, en la universidad MEPhI intentan hacer que la superficie de las partículos sea lo más 'incómoda' posible para la adhesión de las proteínas, y también descartar su aglutinación. Al mismo tiempo, el tamaño debe mantenerse dentro de los límites establecidos (entre 2,5 y 5 nanómetros), para que los cristales se eliminen del cuerpo con una probabilidad cercana al 100%.

"Lo más seguro es que no se logre solucionar por completo el problema de la toxicidad de los nanomateriales. Sin embargo, la posibilidad de su empleo en la medicina dependerá siempre de la correlación entre las propiedades negativas y positivas que puedan aportar al diagnóstico y el tratamiento. Es evidente que los fármacos antitumorales suponen un riesgo serio para los tejidos sanos del cuerpo, pero de otro modo sería sencillamente imposible destruir el tumor. Es por eso que el objetivo de los nanobiotecnólogos consiste en minimizar los efectos de las sustancias tóxicas para las células sanas del cuerpo. Se tiene que asumir cierto riesgo para lograr al fin de cuentas más posibilidades de salvar la vida y la salud de personas", comentó a Sputnik Ígor Nabíev, responsable del Laboratorio de Nanobioingeniería de la MEPhI y catedrático de la Universidad de Reims Champaña-Ardenas (Francia).

En estos momentos se desarrolla en la MEPhI un proyecto para crear portadores que incluyan microcápsulas rellenas de fármaco y con nanopartículas magnéticas y de plata inyectadas en sus paredes, así como puntos cuánticos radiactivos y fluorescentes. Gracias a estos últimos, las cápsulas brillan haciendo posible detectar su ubicación, mientras que las partículas son guiadas por medio de un imán para conseguir que la cápsula se desplace hacia el tumor. Con ayuda de un campo magnético variable o ultrasonidos se pueden calentar y abrir en el momento en que alcanzan su destino.

Infografía: Dispositivos que hacen la vida más fácil y saludable

Cabe destacar que los puntos cuánticos ya están dejando atrás la fase de estudio: a base de nanocristales se desarrollan activamente dispositivos concretos que se pueden emplear en la práctica. En la Universidad MEPhI se está creando ahora una serie de dispositivos capaces de detectar simultáneamente un gran número de patógenos que podrán identificar distintas infecciones solo a partir de una muestra de aire. La fabricación de varios prototipos de estos dispositivos está prevista para los años 2019 y 2020.