Investigadores del Instituto de Química Médica del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (IQM-CSIC) han desarrollado una plataforma universal de nanopartículas de óxido de hierro capaz de incorporar, en un único paso, una decena de radioisótopos empleados tanto en diagnóstico como en tratamientos oncológicos.
El avance, publicado en la revista ‘NPJ Imaging’, permite unificar en un solo material procesos que hasta ahora requerían estrategias químicas diferentes para cada elemento radiactivo. Además, ha demostrado su eficacia en diversas aplicaciones de imagen médica y terapia en modelos animales.
El estudio, llevado a cabo por el grupo de Nanomedicina, Imagen y Modelos 3D del IQM-CSIC, con la participación de más de diez instituciones españolas y extranjeras entre hospitales, centros de investigación y universidades, aborda una limitación clásica de la medicina nuclear: la ausencia de un molécula universal para radioisótopos con propiedades químicas muy distintas.
Los autores detallan que el desarrollo de radiofármacos plantea desafíos importantes, porque cada uno combina material radiactivo con moléculas biológicas que los conducen a los tejidos diana. Esta unión, señalan, debe ser muy estable y segura, y en la práctica exige diseñar un compuesto distinto para cada radioisótopo. El resultado son procesos largos y complejos que en algunos casos ni siquiera resultan viables. Frente a esto, las nanopartículas del Instituto de Química Médica del CSIC logran una estabilidad con retenciones superiores al 97 por ciento, incluso después de siete días en suero humano.
DESAFÍOS TÉCNICOS
Los radiofármacos son medicamentos que contienen pequeñas cantidades de material radiactivo utilizados en medicina nuclear para el diagnóstico y tratamiento de varias enfermedades, incluido el cáncer. En los últimos años, han cobrado especial importancia aquellos que combinan funciones diagnósticas y terapéuticas en un solo compuesto, una estrategia conocida como teranóstica. Sin embargo, el desarrollo de estos medicamentos presenta importantes desafíos técnicos.
Los radiofármacos combinan las sustancias radiactivas (radioisótopos) con moléculas biológicas que funcionan como vehículo para dirigir el medicamento a órganos o tejidos específicos. Uno de los principales retos consiste precisamente en unir de forma estable el radioisótopo con la molécula que lo guía a los tejidos diana. Entre los diversos enfoques que se utilizan para este propósito, en el ámbito clínico prevalece el empleo de unas sustancias químicas llamadas quelantes.
Los quelantes están diseñados para sujetar de manera firme un átomo de un metal que ha perdido uno o más electrones (un ion metálico), como el radioisótopo. Actúan como una especie de «pinza molecular» que envuelve y estabiliza al metal, evitando que se libere dentro del organismo. La selección del quelante adecuado es fundamental, ya que afecta tanto al tipo de isótopo que se puede utilizar como a las propiedades físicas y biológicas del radiofármaco final.
«Uno de los principales obstáculos es la falta de quelantes idóneos para cada isótopo que puedan utilizarse de forma segura en el organismo. Además, cada combinación quelante-radioisótopo posee características químicas y biológicas únicas y requiere protocolos específicos. El desarrollo de quelantes universales capaces de unirse a varios radioisótopos es un objetivo clave, pero hasta ahora no existe ninguno universal. Nuestro estudio demuestra que el uso de nanomateriales puede aportar una solución sólida a este desafío», explica Fernando Herranz, autor principal del estudio y líder del grupo de Nanomedicina, Imagen y Modelos 3D del IQM-CSIC.
Los investigadores han creado unas nanopartículas que pueden incorporar en su interior una amplia variedad de radiometales, todos ellos utilizados habitualmente en hospitales de todo el mundo, tanto en diagnóstico por imagen como en radioterapia. La estrategia utilizada consiste en incorporar los isótopos directamente en el núcleo de nanopartículas de óxido de hierro, ya que hallazgos previos han mostrado que este compuesto es idóneo para integrar una amplia gama de radiometales distintos y, a la vez, tener una elevada estabilidad en el organismo.
Seleccionar diez radiometales que se utilizan en técnicas de imagen nuclear y en radioterapia, y sintetizaron diez tipos distintos de nanorradiofármacos. Tres de ellos para la técnica médica PET (tomografía de emisión de positrones), cuatro para la SPECT (tomografía computarizada de emisión de fotón único) y tres para radioterapia.
EFICACIA Y VERSATILIDAD
Para demostrar la eficacia y versatilidad de la plataforma, se llevaron a cabo varios estudios ‘in vivo’. En primer lugar, se comprobó que las nanopartículas se acumulaban en tumores cerebrales agresivos, como el glioblastoma, lo que indica que podrían emplearse para el diagnóstico de esta patología. También comprobaron que la plataforma permite administrar radioterapia directamente dentro del tumor y, además, confirmaron que las nanopartículas son adecuadas para detectar la formación de coágulos sanguíneos (trombosis).
Estos resultados confirman el potencial de la plataforma como un agente radioteranóstico, que permite ver y tratar tumores con el mismo tipo de fármaco de forma eficaz en tumores sólidos. Sin embargo, una acumulación excesiva de nanopartículas en el organismo podría suponer un riesgo para la salud, tanto por una dosis elevada de radiactividad como por la posible sobreacumulación de hierro. Por este motivo, se comprobó que las nanopartículas se eliminaban con rapidez por la vía renal, lo que evita acumulación, reduce toxicidad y permite terapias repetidas con mayor seguridad, algo esencial cuando se combina diagnóstico y tratamiento en un mismo agente radioteranóstico.
El estudio demuestra el potencial de los nanorradiofármacos de óxido de hierro como plataforma versátil que puede utilizarse en distintas áreas de la medicina nuclear. «Una de las principales ventajas de este sistema es que mantiene las mismas propiedades química y biológicas independientemente del isótopo utilizado. Esto supone un cambio significativo frente a los radiofármacos tradicionales, que suelen requerir diseños distintos para cada aplicación, y convierte a esta plataforma en una herramienta sólida tanto para el diagnóstico como para el tratamiento de enfermedades, especialmente el cáncer», resalta Herranz.
Este avance abre la puerta a una nueva generación de radiofármacos más simples de desarrollar, más fiables y con un gran potencial para mejorar tanto el diagnóstico precoz como el tratamiento personalizado del cáncer.
