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Las Nanopartículas Llegan a la Biomedicina y la
Biotecnología
29 de Enero de 2003.
 El grupo de Carbohidratos del Instituto de Investigaciones Químicas del CSIC se ha inspirado en los nanomateriales para desarrollar un nuevo tipo de herramientas a las que denominan gliconanopartículas, un ingenioso sistema que les permite investigar con carbohidratos y desarrollar aplicaciones biotecnológicas.
Se trata de nanopartículas de oro recubiertas de carbohidratos antigénicos que mimetizan la presentación de éstos en la superficie de las células.
En la superficie celular hay multitud de carbohidratos (glicoproteínas y glicolípidos). Muchos de ellos son como la cerradura de la puerta de entrada a la célula, que puede ser abierta si se dispone de la llave adecuada. En el caso de una infección vírica, la "llave" es la proteína de la cápside del virus: se acopla con los carbohidratos de la célula, que "dejan" pasar al virus.
Los mecanismos biológicos que tienen lugar en este acoplamiento están basados en la interacción entre carbohidratos o entre carbohidratos y proteínas. La infección de una célula por un virus se desencadena cuando las proteínas de la cápsula exterior del virus entran en contacto con los carbohidratos de la superficie celular. Muchos otros procesos de adhesión celular como la embriogénesis y la metástasis están basados también en la interacción carbohidrato-carbohidrato y la de carbohidrato-proteína.
De ahí que entender estas interacciones sea fundamental para la biología, la medicina y la química orgánica. Pero no siempre es fácil estudiarlas en el laboratorio. La interacción de un oligosacárido (carbohidrato) con su receptor es una de las más débiles existentes en los sistemas biológicos y para ponerla de manifiesto es necesario reforzarla presentando los carbohidratos agrupados de forma múltiple. Los químicos han desarrollado diversos sistemas o plataformas a los que los oligosacáridos se unen de forma multivalente. Uno de estos sistemas multivalentes fueron los liposomas.
"Pero los liposomas son inestables y en los estudios in vivo esto es un problema", apunta Soledad Penadés, del Grupo de Carbohidratos. Fue la búsqueda de una herramienta de investigación más optimizada lo que llevó a este grupo, integrado en el Departamento de Química Biorgánica del Instituto de Investigaciones Químicas - CSIC, en Sevilla, a desarrollar la alternativa de las gliconanopartículas, nanopartículas de oro en cuya superficie los investigadores unen los carbohidratos que quieren estudiar.
"Nos inspiramos en los nanoclusters metálicos para desarrollarlas. Nuestras gliconanopartículas mimetizan las células y reproducen el agrupamiento y la presentación de los carbohidratos en la superficie celular". Son solubles, en agua y en tampones fisiológicos, su nivel de solubilidad se puede modificar a voluntad, son muy estables y no presentan citotoxicidad, lo que permite su uso en experimentos in vivo.
"Pero no sólo son una herramienta polivalente muy útil para estudiar interacciones biológicas", añade Soledad Penadés, "sino que tienen un gran potencial en el desarrollo de técnicas de diagnóstico y terapia". Esto es lo que ha llevado a la creación de una nueva compañía, Midatech Ltd., interesada en desarrollar y comercializar tecnología derivada de estos trabajos básicos. Las posibilidades son muy amplias. El oro de la nanopartícula, explica esta investigadora, puede ser sustituido por cadmio-selenio, hierro... proporcionando a la gliconanopartícula propiedades de fluorescencia o magnéticas para su aplicación como marcador celular. "Partículas de magnetita recubiertas de anticuerpos específicos ya se utilizan en biología para separar células, pero todavía son partículas demasiado grandes para introducirlas en la corriente sanguínea. Por eso se investiga en partículas de tamaño nanométrico que sean solubles y estables en disoluciones fisiológicas".
Entre las aplicaciones que apuntan los investigadores está la determinación de grupos sanguíneos a través de la saliva (uniendo a la gliconanopartícula un oligosacárido antigénico característico del grupo sanguíneo a identificar), "de aplicación prácticamente inmediata", informa Penadés. Otro ejemplo son los sistemas de diagnóstico basados en fluorescencia o magnetismo. "En este último caso", detalla la investigadora, "podrían ser nanopartículas de oro y hierro, que tienen propiedades superparamagnéticas, unidas a un fármaco".
Entre los últimos trabajos, el grupo de Carbohidratos, en colaboración con el Departamento de Inmunología y Oncología del Centro Nacional de Biotecnología, ha ensayado las gliconanopartículas en una terapia anti-adhesiva en metástasis de células de melanoma en pulmón de ratones. El objetivo es utilizar las nanopartículas recubiertas de carbohidrato para que se acoplen a la célula tumoral bloqueando su adhesión a células endoteliales. De esta forma se espera impedir el mecanismo de adhesión celular que desencadena la metástasis de las células tumorales, de forma análoga a como se bloquearía una puerta. Los resultados obtenidos en experimentos in vivo con ratones son prometedores, pero como en muchos otros casos, un ensayo con animales no puede extrapolarse a los humanos, y todavía falta mucho camino por hacer. (R+D CSIC)
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