Los cambios de color de las nanopartículas de oro debajo de la piel revelan cambios en la concentración de sustancias en el cuerpo

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La idea de sensores implantables que transmiten continuamente información sobre valores vitales y concentraciones de sustancias o fármacos en el cuerpo ha fascinado durante mucho tiempo a médicos y científicos. Estos sensores permiten un seguimiento constante de la progresión de la enfermedad y el éxito terapéutico. Sin embargo, hasta ahora los sensores implantables no eran adecuados para permanecer en el cuerpo de forma permanente, sino que debían ser reemplazados después de unos días o semanas. Por un lado, está el problema del rechazo del implante porque el cuerpo reconoce el sensor como un objeto extraño. Por otro lado, el color del sensor que indica cambios en la concentración hasta ahora ha sido inestable y se desvaneció con el tiempo. Científicos de la Universidad Johannes Gutenberg de Mainz (JGU) han desarrollado un nuevo tipo de sensor implantable que se puede utilizar en el cuerpo durante varios meses. El sensor se basa en nanopartículas de oro de color estable que se modifican con receptores para moléculas específicas. Incrustado en un tejido de polímero artificial, el nano oro se implanta debajo de la piel, donde indica cambios en las concentraciones del fármaco al cambiar su color.

El implante reporta la información como un “tatuaje invisible”

El equipo de investigación del profesor Carsten Soennichsen en JGU ha estado utilizando nanopartículas de oro como sensores durante muchos años para detectar pequeñas cantidades de proteínas en células de flujo microscópicas. Las nanopartículas de oro actúan como pequeñas antenas de luz: la absorben y dispersan fuertemente y, por tanto, aparecen coloreadas. Reaccionan a los cambios en su entorno cambiando de color. El equipo de Soennichsen aprovechó este concepto para la detección médica implantada.

Para evitar que las diminutas partículas se alejen o sean degradadas por las células inmunitarias, se incrustan en un hidrogel poroso con una textura similar a un tejido. Una vez implantado debajo de la piel, pequeños vasos sanguíneos y células crecen en los poros. El sensor está incrustado en el tejido y no se rechaza como cuerpo extraño. “Nuestro sensor es como un tatuaje invisible, no mucho más grande que una moneda de diez centavos y más delgado que un milímetro”, dijo el profesor Carsten Soennichsen, director del grupo de Nanobiotecnología en JGU. Dado que las nanopartículas de oro son infrarrojas, no son visibles a simple vista. Sin embargo, un tipo especial de dispositivo de medición puede detectar su color de forma no invasiva a través de la piel.

En su estudio publicado en Nano letras, Los investigadores de JGU implantaron sus sensores de nanopartículas de oro debajo de la piel de ratas sin pelo. Los cambios de color en estos sensores se controlaron después de la administración de varias dosis de un antibiótico. Las moléculas del fármaco se transportan al sensor a través del torrente sanguíneo. Al unirse a receptores específicos en la superficie de las nanopartículas de oro, inducen un cambio de color que depende de la concentración del fármaco. Gracias a las nanopartículas de oro de color estable y al hidrogel de integración tisular, se descubrió que el sensor permanecía mecánica y ópticamente estable durante varios meses.

Gran potencial de las nanopartículas de oro como sensores médicos implantables de larga duración

“Estamos acostumbrados a objetos coloreados que se blanquean con el tiempo. Las nanopartículas de oro, sin embargo, no blanquean, sino que retienen su color de forma permanente. Como pueden recubrirse fácilmente con varios receptores diferentes, son una plataforma ideal para sensores implantables”, dijo. explicó la Dra. Katharina Kaefer, primera autora del estudio.

El nuevo concepto es generalizable y tiene el potencial de extender la vida útil de los sensores implantables. En el futuro, los sensores implantables basados ​​en nanopartículas de oro podrían usarse para observar simultáneamente las concentraciones de diferentes biomarcadores o fármacos en el cuerpo. Dichos sensores podrían encontrar aplicación en el desarrollo de fármacos, la investigación médica o la medicina personalizada, como la gestión de enfermedades crónicas.

El trabajo en equipo interdisciplinario ha llevado al éxito

Soennichsen tuvo la idea de usar nanopartículas de oro como sensores implantados ya en 2004 cuando comenzó su investigación en química biofísica como profesor junior en Mainz. Sin embargo, el proyecto no se llevó a cabo hasta diez años después en colaboración con el Dr. Thies Schroeder y la Dra. Katharina Kaefer, ambos científicos de JGU. Schroeder tenía experiencia en investigación biológica y ciencia de animales de laboratorio y ya había completado varios años de trabajo de investigación en los Estados Unidos. Kaefer estaba buscando un tema interesante para su doctorado y estaba particularmente interesada en la naturaleza compleja e interdisciplinaria del proyecto. Los resultados iniciales llevaron a un salario otorgado a Kaefer por el Max Planck Graduate Center (MPGC) y al apoyo financiero de Stiftung Rheinland-Pfalz für Innovation. “Un proyecto de este tipo requiere muchas personas con diferentes antecedentes científicos. Paso a paso hemos podido convencer a más y más personas de nuestra idea”, dijo Soennichsen con alegría. En última instancia, fue el trabajo en equipo interdisciplinario lo que condujo al desarrollo exitoso del primer sensor funcional implantado con nanopartículas de oro.

Fuente de la historia:

Materiales proporcionados por Johannes Gutenberg Universitaet Mainz. Nota: El contenido se puede cambiar por estilo y longitud.

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