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El oro. Su uso en diagnostico/medicina: nanopartículas metálicas.

By DIVULGO|diagnóstico  11 Diciembre 2022

Durante la pandemia de COVID-19 mas de uno ha tenido la necesidad de hacerse un test rápido de antígenos o de anticuerpos. Al leer el prospecto, quizás alguno se haya quedado sorprendido al descubrir que las partículas que le daban color a la línea estaban hechas de oro coloidal. ¿Oro? y además ¿Rojas? Son dos preguntas que en un principio no tienen una respuesta simple, aunque curiosamente las nanopartículas metálicas llevan siendo utilizadas por el ser humano desde tiempos inmemoriales. Desde hace miles de años se sabe que el oro tiene unas propiedades que lo hacen diferente a otros metales y al resto de las sustancias naturales en general. Por esta razón, tanto en formato de coloide como siendo parte de otros compuestos, se le ha asociado con efectos beneficiosos para nuestra salud, aunque no siempre sea así.

En el presente post haremos un pequeño viaje por la historia y veremos cuales han sido las  principales aplicaciones del oro en el campo de la medicina/diagnóstico, haciendo especial hincapié en las que tiene  las partículas coloidales en la actualidad.

Uso del oro a lo largo de la historia. La utilización de este metal o de sus compuestos como remedio de enfermedades se conoce con el nombre de crisoterapia, y es algo que se lleva practicando desde hace miles de años. Se han encontrado jeroglíficos egipcios de 2600 a.C donde ya se hablaba de las propiedades curativa de este metal. Plinio el Viejo en 70 d.C, en su libro “Historia Natural” describía métodos con oro para curar heridas y fístulas. Al tratarse de una sustancia con unas características únicas, durante la edad media estuvo ligada a la denominada alquimia, y la búsqueda del elixir de la vida. Se trataba simplemente de encontrar el denominado “oro potable” una solución bebible de este metal que asegurase la vida eterna.

Dejando a un lado esta visión “milagrosa y fantástica” del oro, a finales del siglo XIX Robert Koch, descubridor del Mycobacterium tuberculosis, bacteria responsable de ésta enfermedad , determino que el cianuro de oro era capaz de parar el crecimiento de este bacilo en cultivo. A principios del siglo XX las sales de oro fueron utilizadas para curar la tuberculosis en humanos, aunque los resultados no fueron siempre los esperados. En muchos casos los enfermos sufrían una intoxicación severa. Debido a que se pensaba que la artritis reumatoide estaba originada por la tuberculosis, estos remedios fueron usados también para paliarla, aunque en este caso no existen experimentos concluyentes que nos indiquen la eficacia real de la ingesta de oro o de sus derivados.

Aunque un principio su uso no tenía nada que ver con la salud, las nanopartículas de oro (partículas coloidales de menos de 100 nm) llevan siendo utilizadas desde al menos la época de los romanos. Como hemos comentado al principio, ahora son un elemento fundamental en algunos test rápidos y mas adelante veremos que tienen un papel muy importante en las nuevas terapias en la lucha contra el cáncer u otras enfermedades. En la antigüedad se utilizaban como elemento decorativo y el primer objeto que se conserva es la llamada Copa de  Licurgo (siglo IV d.C) que se exhibe en el Museo Británico de Londres. Su mayor singularidad reside en tener diferente color, verde o rojo, dependiendo de la posición de la fuente luminosa, lo que se debe a que en su fabricación se empleó polvo de oro y plata, lo que dio lugar a la formación de nanopartículas de dichos metales. Otro ejemplo más cercano en el tiempo son las vidrieras de algunas iglesias o catedrales. En estas cristaleras los diferentes colores se conseguían, además de con oro y plata, usando diferentes metales tales como cobre, cobalto, manganeso o cromo  entre otros.

A pesar de que esta técnica de coloreado fue utilizada durante varios siglos, no fue hasta 1847 cuando Michael Faraday descubrió que se trataban de nanopartículas metálicas. Trabajó principalmente con coloides de oro, aunque también utilizó de plata, zinc, estaño o platino, y determinó que las propiedades ópticas de las suspensiones coloidales eran diferentes a las del metal nativo. En 1857 fue capaz de sintetizar un oro coloidal de tamaño controlado, momento que es considerado como el nacimiento de la nanociencia. Como curiosidad, la Royal Institution de Londres, que tiene un museo dedicado a los inventos y descubrimientos de Michael Faraday, conserva las suspensiones de oro coloidal preparadas por él, lo que supondría un autentico récord para una solución acuosa de estas características, con mas de 150 años de antigüedad.

Uso de las nanoesferas de oro en la actualidad. Si ponemos “oro coloidal” en cualquier buscador de Internet, es muy probable que nos salgan infinidad de páginas donde se nos venden las bondades del oro “bebible” para curar la artritis, la depresión, mejorar el estado de nuestros órganos internos e incluso para adelgazar. Como hemos comentado anteriormente, muchos de estos efectos milagro están asociados a la singularidad de este metal y no tienen una base científica que los corrobore. El objetivo de este apartado es por tanto presentar algunos de los usos actuales de las nanopartículas de oro en el ámbito de la salud, donde todos ellos están refrendados por investigaciones medicas serias y resultados comprobados.

Test rápidos. Quizás son los productos mas conocidos en el ámbito del diagnóstico junto a la PCR. Una solución del partículas de oro son conjugadas (unidas) con una determinada proteína que reconoce al analito a determinar en la muestra humana de suero, sangre, orina y demás. Dicho analito suele ser mayoritariamente un antígeno (Ag), un anticuerpo (Ac) u otra sustancia de interés, por ejemplo una hormona, como es el caso del test de embarazo. Tras la primera reacción inmunológica, los complejos oro-analito fluyen por capilaridad por un soporte poroso, habitualmente de nitrocelulosa, donde hay adsorbida otra proteína que reconoce igualmente al Ag/Ac. En caso de que la muestra sea positiva esto da lugar a una línea de color rojo, tal y como estamos habituados a ver en los test de COVID-19 mencionados anteriormente.

Lucha contra el cáncer. Terapia fotodinámica. Al igual que antes, las partículas de oro están sensibilizadas (conjugadas) con anticuerpos que reconocen varias dianas biológicas sobreexpresadas en células cancerígenas. Para que las partículas sean estables y garantizar su flujo por el sistema sanguíneo, igualmente se conjugan con polietilenglicol modificado con tiol. Varios días después de la ingestión o la inoculación al paciente, las partículas desaparecen de la células sanas y permanecen específicamente unidas a las cancerígenas. Es el momento de  irradiarlas con una fuente luminosa como un láser o mediante LED. Dicha luz no calienta los tejidos, pero si las partículas de oro, lo que da lugar a la muerte de las células del tumor.

Los efectos secundarios de esta técnica son mucho menores que los de la quimioterapia, y en muchos de los casos son similares a los que podemos tener si tomamos el sol de manera intensa sin protección de ninguna clase (quemazón e hinchazón). Su mayor limitación reside en que la luz utilizada penetra 1 cm como mucho, por lo que sirve para tumores en la piel o a muy poca profundidad. En algunos casos, como es el de esófago, garganta o pulmón, se puede seguir usando esta técnica ya que la luz se administra mediante un cable de fibra óptica.

Administración de medicamentos. La idea es similar a la anterior, pero ahora las partículas lo que transportan es el fármaco, de forma que este actúa cuando alcanzan la zona de interés. Esto supone una ventaja para el paciente que recibe menos cantidad de medicamento y de forma mucho más eficiente. Al igual que antes las partículas deben llevar unidas algún tipo de sustancia, como el polietilénglicol o otro tipo de copolimero, que las estabilice y que también reduzca su toxicidad y facilite su tránsito.

Dependiendo del método de fabricación del coloide el medicamento puede estar unido a la propia matriz del polímero, en el caso de una nanoesfera, encapsulado dentro de la partícula (nanocápsulas), o simplemente conjugado, tal y como se ha explicado en el apartado de la fototerapia. En cualquiera de los tres casos el método es similar; se introduce la solución coloidal en el cuerpo del paciente y las partículas actúan específicamente en la zona para la que se encuentran destinadas. Para la nanocapsulas es necesario emplear de nuevo una fuente luminosa que libere el fármaco de su interior.

Microscopía electrónica. Es junto a los test rápidos uno de lo usos mas comunes para el oro coloidal. En este caso las partículas están sensibilizas para reconocer las zonas inmunogénicas de agentes infecciosos, como por ejemplo las bacterias. El oro conjugado “marcará” dicha áreas, lo que facilita enormemente su localización mediante microscopía electrónica. También se pueden usar para estudios de todo tipo de tejidos (histología) y en tumores, donde es posible determinar cuales son las zonas de la célula que contienen la actividad cancerígena.

Solo hemos puesto los usos mas habituales de las partículas coloidales de oro, pero si seguimos un poco la actualidad científica vemos que cada día se encuentran nuevas e innovadoras aplicaciones. Esta claro que a lo largo de la historia el oro ha sido siempre una sustancia ”fascinante” para el ser humano, que se relacionó con el elixir de la eterna juventud pero que ahora nos muestra sus autenticas ventajas aplicadas al entorno de la medicina y el diagnóstico en general.

Referencias

1.  Feldheim, D.L. Colby, A. Foss,Jr (2002). Metal Nanoparticles. Synthesis, Characterization and Applications. CRC Press.

2. Faa G, Gerosa C, Fanni D, Lachowicz JI, Nurchi VM. Gold – Old Drug with New Potentials. Curr Med Chem. 2018;25(1):75-84. doi: 10.2174/0929867324666170330091438. PMID: 28359231.

3. Rippel, Radoslaw & Seifalian, Alexander. (2011). Gold Revolution-Gold Nanoparticles for Modern Medicine and Surgery. Journal of nanoscience and nanotechnology. 11. 3740-8. 10.1166/jnn.2011.4170.

4. Jerez D, Stuart E, Schmitt K, Guerrero-Given D, Christie JM, Hahn WE, Kamasawa N, Smirnov MS. A deep learning approach to identifying immunogold particles in electron microscopy images. Sci Rep. 2021 Apr 8;11(1):7771. doi: 10.1038/s41598-021-87015-2. Erratum in: Sci Rep. 2021 Oct 22;11(1):21256. PMID: 33833289; PMCID: PMC8032809.

5. Sanzhakov MA, Kudinov VA, Baskaev KK, Morozevich GE, Stepanova DS, Torkhovskaya TI, Tereshkina YA, Korotkevich EI, Tikhonova EG. Composite phospholipid-gold nanoparticles with targeted fragment for tumor imaging. Biomed Pharmacother. 2021 Oct;142:111985. doi: 10.1016/j.biopha.2021.111985. Epub 2021 Aug 2. PMID: 34352716.

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