Contribución al estudio de las propiedades de las nanopartículas magnéticas en aplicaciones biomédicas relacionadas con la detección en tejidos ex-vivo y cultivos celulares
- Autores: Lorena Urbano
- Directores de la Tesis: José Javier Serrano Olmedo (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad Politécnica de Madrid ( España ) en 2017
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Ceferino Maestu Unturbe (presid.), Milagros Ramos Gómez (secret.), Cristina Sánchez López de Pablo (voc.), Nazario Felix Gonzalez (voc.), Elena Aznar Gimeno (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Biomédica por la Universidad Politécnica de Madrid
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Archivo Digital UPM
- Resumen
Desde su aparición, la nanotecnología ha irrumpido como área puntera de investigación ofreciendo beneficios significativos a la sociedad a través de aplicaciones y desarrollos tecnológicos que han revolucionado diversas áreas de la ciencia. En el sector salud, el empleo de la nanotecnología (nanomedicina), ha beneficiado el sistema sanitario en áreas de diagnóstico y terapia mediante la introducción de técnicas más eficientes, localizadas y personalizadas.
El empleo de Nanopartículas Magnéticas (NPM) con fines biomédicos ha despertado un gran interés debido a que sus propiedades físicas únicas pueden conducir a nuevos métodos terapéuticos. Sin embargo, hay una necesidad de comprender las propiedades magnéticas de las nanopartículas y sus interacciones con los organismos vivos con el objetivo de desarrollar terapias más seguras y eficaces. Así mismo, la carencia de estudios centrados en el análisis de la distribución y destino final de las nanopartículas en el organismo tras una terapia, sumado a los problemas toxicológicos que pueda generar, ha ralentizado la aceptación comercial de muchas terapias que utilizan los nanomateriales. Esta situación se debe tanto a una infravaloración del estudio de la nanotoxicología como a la dificultad de implementar técnicas de seguimiento y detección eficaces.
Por consiguiente, este trabajo de tesis doctoral busca dar respuesta directa a estas cuestiones aún sin resolver completamente. Por esta razón, se diseñó un exhaustivo protocolo de medida para llevar a cabo una adecuada caracterización de las NPMs distribuidas en los tejidos biológicos provenientes de ratones de experimentación a los cuales se les administró previamente una dosis de NPMs. Adicionalmente, se realizó la caracterización de NPMs suspendidas en diversos fluidos viscosos (agua desionizada y soluciones de fibroína) e internalizadas en cultivos celulares. A través de este estudio también se pretende demostrar y evaluar la viabilidad de los métodos de medición como una herramienta útil para realizar el estudio del comportamiento magnético de las nanopartículas suspendidas en fluidos viscosos y su internalización en cultivos celulares y tejidos ex-vivo.
Para realizar la caracterización magnética de las nanopartículas, el Laboratorio de Bioinstrumentación y Nanomedicina (LBN) del Centro de Tecnología Biomédica (CTB) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM) dispone de una plataforma de Caracterización Funcional de Nanopartículas Magnéticas. Esta plataforma corresponde a la Unidad 15 del sistema NANBIOSIS-ICTS impulsado por el Centro de Investigación Biomédica en Red en Bioingeniería, Biomateriales y Nanomedicina (CIBER-BBN) para el fomento de la investigación en biotecnología. La Unidad de Caracterización Funcional de Nanopartículas Magnéticas está formada por dos equipos: un Magnetómetro por Gradiente Alternante MicroMagTM 2900 (AGM System) y un Relajómetro por Ciclado Rápido de Campo (FFCR).
El AGM mide la magnetización de los materiales magnéticos y su extremada sensibilidad y precisión lo hacen especialmente atractivo para caracterizar NPMs. El FFCR mide los tiempos de relajación y los perfiles de dispersión de las nanopartículas magnéticas.
Es importante mencionar que fue necesaria una adaptación de la sonda del AGM mediante la fabricación de un portamuestras con características específicas para llevar a cabo el estudio del comportamiento magnético de las nanopartículas suspendidas en fluidos viscosos e internalizadas en cultivos celulares.
Los resultados obtenidos mostraron la validez de los procedimientos ya que efectivamente fue posible observar diferencias en el comportamiento magnético de las nanopartículas según el tiempo y el tipo de tejido. En general se apreció que, tras la inyección, las nanopartículas viajan a través del torrente sanguíneo durante las primeras horas y con el tiempo van siendo eliminadas a través de la orina o depositadas en ciertos órganos. Después de un mes de administrada la inyección de las NPMs, se detectó una acumulación de nanopartículas en el bazo e hígado indicando así una respuesta del sistema reticuloendotelial (RES). Sin embargo, en el cerebro no se detectó acumulación de NPMs durante el tiempo que duró el estudio (1 mes) indicando que las NPMs no atravesaron la barrera hematoencefálica (BHE).
Por otro lado, se pudo observar una disminución en la magnetización de las nanopartículas dependiendo de la viscosidad del medio y la concentración de material magnético. Esta alteración es causada por las interacciones dipolo-dipolo, la formación de clústers o cadenas y el impedimento de los momentos magnético para alinearse con el campo magnético por el aumento de la viscosidad del medio y la concentración. También fue posible detectar una disminución en la magnetización de las nanopartículas cuando se internalizaron en los lisosomas. La variación causada por el encapsulamiento de las NPMs en los lisosomas provoca una disminución en los grados de libertad de las NPMs y la formación de agregados.
Por otra parte, se observó un aumento en la relajatividad inducida por el incremento de la viscosidad del fluido debido a que la superficie de las NPMs está protegida contra el agua libre por la matriz de fibroína. Esto nos lleva a concluir que la fibroína podría ser un buen agente de recubrimiento para las NPMs.
De manera general, se pudo comprobar la viabilidad de la Unidad 15 como una herramienta eficaz y versátil para llevar a cabo estudios de biodistribución y seguimiento de NPMs a través del estudio de los tejidos ex-vivo. Así mismo, esta herramienta permite realizar investigaciones relacionadas con las propiedades físicas de las NPMs suspendidas en fluidos viscosos e internalizadas en cultivos celulares.
