En 2019 comezaba NanoBright, un ambicioso proxecto que expuña o uso de luz para diagnosticar tumores e lesións cerebrais, entre outras patoloxías. Froito deste traballo, desenvolveuse unha nova sonda que utiliza nanoestruturas para canalizar os sinais luminosos a través do tecido cerebral. Esta tecnoloxía, elixida como portada de Advanced Optical Materials, podería supoñer un gran avance para o estudo e tratamento de tumores cerebrais e de enfermidades neurodexenerativas como o alzhéimer.
O equipo investigador está coordinado polo Instituto Italiano de Tecnoloxía en Lecce (IIT- CBN, Italia) e conta coa participación de científicos do Consello Superior de Investigacións Científicas (CSIC) e do Centro Nacional de Investigacións Oncolóxicas (CNIO). A nova tecnoloxía consiste nunha fibra óptica, cun diámetro menor ao dun cabelo humano, en cuxo interior alberga as denominadas estruturas plasmónicas. Estas son nanoestruturas metálicas que poden axustarse para responder a un estímulo de luz que viaxa pola fibra. O tamaño das estruturas plasmónicas é similar ao dos corpos neuronais. O dispositivo dirixe a luz de forma precisa e xera unha interacción física coas células para observar as súas propiedades.
“Trátase dunha fibra óptica modificada para enviar e recibir luz. A sonda permite iluminar as moléculas do tecido cerebral e amplificar a luz que estas reflicten, xerando patróns espectrais en función das propiedades de cada tipo de molécula”, explica a investigadora do Instituto Cajal do CSIC Liset Menéndez de la Prida, directora da aplicación neurocientífica do proxecto e experta no estudo da epilepsia.
Testar as preparacións
Segundo indica o investigador do CNIO Manuel Valiente, que coordina a aplicación desta tecnoloxía no estudo do cancro: “Este primeiro traballo de Nanobright confirma que tecnicamente podemos pasar á segunda etapa para testar estas preparacións nos modelos experimentais de cancro, e poder nun futuro mellorar a capacidade de diagnóstico e tratamento dos tumores cerebrais”.
O Grupo de Metástase Cerebral que dirixe Valiente no CNIO investigará o uso desta nova tecnoloxía para discriminar entre os tumores cerebrais primarios ou metastásicos, de moi diferente tratamento; así como o uso da xeración de luz para permeabilizar a barreira hematoencefálica, favorecendo desta maneira o acceso ao cerebro de medicamentos antitumorais.
A modificación dos tecidos cerebrais en metástases ou en traumatismos craneoencefálicos deriva nunha alteración na súa composición molecular. O mesmo ocorre no caso do envellecemento ou do alzhéimer, coa consecuente variación na composición dos lípidos cerebrais. Así, a técnica poderá caracterizar os tecidos alterados ao medir a diferente proporción de substancias como os citados lípidos ou as proteínas, entre outras.
O proxecto
As sondas neuronais desenvoltas polo grupo son, ademais, minimamente invasivas. Outras técnicas que se serven da luz para estudar o cerebro, como as técnicas optoxenéticas, requiren de modificacións a nivel xenético para a expresión de proteínas que permitan o seu correcto funcionamento. A nova tecnoloxía supón unha aplicación biocompatible da luz que se limita a excitar as moléculas xa presentes no tecido.
As sondas neuronais desenvoltas polo equipo investigador son minimamente invasivas
A investigación senta así as bases dunha nova aproximación ao estudo do sistema nervioso central e das causas moleculares dos trastornos neurolóxicos. Os científicos están xa enfocados na seguinte fase do proxecto. “Fixemos unhas primeiras probas en tecido fixado. Agora estamos embarcados en sistematizar o testado en modelos experimentais relevantes para a aplicabilidade clínica como son a metástase cerebral, a epilepsia postraumática e o envellecemento”, explican Menéndez de la Prida e Valiente.
O proxecto foi financiado pola Comisión Europea cuns 3,5 millóns de euros a través de FET (Future and Emerging Technologies). Este é un dos sistemas de financiamento tecnoloxicamente máis ambiciosos da Unión Europea, que está enfocado a proxectos para a creación de tecnoloxías disruptivas.
Dous anos de investigación
A investigación é o resultado de máis de dous anos de traballo dun equipo multidisciplinar con físicos, nanotecnólogos, biólogos tumorais e neurocientíficos expertos en trastornos neuronais. “É a primeira sonda rematada dentro do consorcio. Durante estes anos logrouse a tecnoloxía e facer os testados iniciais. É unha historia de éxito”, apunta Menéndez de la Prida.
O proxecto foi dirixido por Filippo Pisano e coordinado por Ferruccio Pisanello e Massimo De Vittorio no IIT e a Università do Salento, xunto con Marco Grande no Politecnico di Bari. O IIT contaba coa experiencia previa na creación de interconexións ópticas e fotónicas co tecido nervioso central e no campo das interconexións plasmónicas. Por iso, o centro italiano centrouse no desenvolvemento tecnolóxico dos dispositivos que se poden implantar e na optimización das estruturas plasmónicas para detectar a natureza dos tecidos tumorais.
O Instituto Cajal e o CNIO tamén colaboraron no deseño da fibra a través da súa experiencia e traballos científicos, que serviron para enfocar a súa posible aplicación no envellecemento, os tumores cerebrais, as lesións cerebrais traumáticas ou a consecuente epilepsia postraumática. A lista completa de autores inclúe a Muhammad Fayyaz Kashif (Politecnico di Bari), Antonio Balena (IIT- CBN), Marco Pisanello (IIT- CBN), Francesco De Angelis (IIT) e Antonella D’ Orazio (Politecnico di Bari).
Referencia: Plasmonics on a Neural Implant: Engineering Light–Matter Interactions on the Nonplanar Surface of Tapered Optical Fibers (Publicado en Advanced Optical Materials).