Investigadores del grupo NanoBioCel que lidera José Luis Pedraz en el CIBER-BBN y la Universidad del País Vasco (UPV/EHU), junto a la Universidad de Míchigan (EE.UU.), han desarrollado un dispositivo biomédico de inmunoaislamiento celular (microcápsulas) con capacidad intrínseca para ser rastreado una vez implantado en el organismo. El novedoso diseño incorpora una sustancia natural llamada genipina, la cual emite fluorescencia intensa y estable en el rango del rojo lejano.

La monitorización no invasiva de los biosistemas basados ​​en hidrogeles implantados, generalmente, requiere de un marcaje indirecto del vehículo o la carga, lo que aumenta la complejidad y el riesgo potencial de alterar su funcionalidad. Por primera vez, este grupo de investigadores ha demostrado que se pueden producir biosistemas basados ​​en hidrogeles a partir de biomateriales con propiedades intrínsecas para su seguimiento no invasivo, en este caso, mediante el uso de la genipina.

El trabajo se ha publicado recientemente en Journal of Biophotonics y ha sido seleccionado por la revista como tema de portada en el mes de abril.

“Es importante señalar que hasta la fecha nadie ha explotado la fluorescencia natural emitida por la genipina como un sistema de monitorización no invasivo en terapias celulares implantadas en seres vivos –destacan los investigadores-. Como primer hito en ese sentido, hemos desarrollado un novedoso dispositivo de inmunoaislamiento que incorpora la genipina en su propio diseño, pudiendo así ser rastreable una vez implantado en el organismo. Mediante un procedimiento rápido, eficiente y no citotóxico, hemos logrado maximizar la fluorescencia de las microcápsulas hasta lograr una excelente relación de señal/ruido. Además, hemos validado el uso de la genipina como una sonda de imagen cuantitativa, demostrando que se obtiene una fluorescencia intensa y estable con buena linealidad de señal frente a dosis de microcápsulas implantadas durante varias semanas. A través de esa estrategia, hemos logrado evaluar la dosis real inyectada de forma inmediata y controlar su posición a lo largo del tiempo, lo que mejora significativamente la bioseguridad y eficacia de la terapia”.

Además, la idea puede tener una aplicación potencial exitosa en la industria de las nano, micro y macro tecnologías basadas en hidrogeles. Esas están llamadas a ser piezas fundamentales tanto para la investigación biomédica como para el avance de la medicina clínica a través de aplicaciones como la ingeniería de tejidos, la medicina regenerativa. “A medida que los sistemas de imagen de fluorescencia se vayan implementando gradualmente en la práctica clínica, creemos que nuestra propuesta podría tener una aplicabilidad exitosa en el avance de múltiples biotecnologías basadas en hidrogeles, incluidos los sistemas de administración de fármacos y células, vacunas o biosensores”, concluyen.

NanoBioCel es un grupo de investigación del Laboratorio de Farmacia y Tecnología Farmacéutica de la UPV/EHU y es miembro, a su vez, del CIBER-BBN y de la infraestructura científico técnica singular Nanbiosis-ICTS.

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Artículo de referencia: Edorta Santos‐Vizcaino, Henry Haley, Ainhoa Gonzalez‐Pujana, Gorka Orive, Rosa Maria Hernandez, Gary D. Luker, Jose Luis Pedraz. Monitoring implantable immunoisolation devices with intrinsic fluorescence of genipin. Journal of Biophotonics (April 2019) DOI: https://doi.org/10.1002/jbio.201800170

Fuente:UPV/EHU

Laura M. Lechuga, jefa de grupo del CIBER-BBN en el del Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2) – ambos institutos miembros de Nanomed Spain-, es una de las investigadoras más relevantes en el campo de la nanomedicina. Su trabajo se centra en crear dispositivos para el diagnóstico clínico que, con una mínima muestra biológica, sean capaces de detectar enfermedades como la tuberculosis, el cáncer de colon, la sepsis o el cáncer de pulmón. Además, su tecnología puede ser adaptada al medio ambiente para evaluar la calidad del agua o del aire. En esta entrevista, repasa los proyectos más importantes que centran en estos momentos la actividad de su grupo, y aborda la situación de la mujer en la ciencia.

-¿Cuáles son las principales líneas de investigación que centran el trabajo de su grupo?

-Las líneas de investigación de mi grupo se encuadran dentro de las áreas del Nanodiagnóstico y la Nanofotónica, abordando el desarrollo tecnológico de biosensores fotónicos (nanoplasmónicos y nanointerferométricos) y su completa integración en plataformas de análisis portátiles tipo “point-of-care”. Somos un grupo multidisciplinar que aborda sofisticados desarrollos en física e ingeniería y los traslada a aplicaciones prácticas de diagnóstico clínico y medioambiental, principalmente.

-Su grupo tiene una amplia trayectoria en el desarrollo de nanobiosensores, ¿qué aplicaciones tienen estos dispositivos?

-Estos dispositivos pueden cubrir un amplio espectro de aplicaciones que van desde el diagnóstico clínico precoz, el control medioambiental o alimentario, la prevención de guerras químicas o bacteriológicas o el diagnóstico veterinario y agrícola. Nosotros nos centramos fundamentalmente en el diagnóstico precoz de enfermedades (como el cáncer o enfermedades neurodegenerativas) así como en el control medioambiental y el estudio de las interacciones del medio ambiente con la salud humana.

-¿Qué aportan estos nanobiosensores a los avances en investigación biomédica y en la práctica clínica?

-El uso de estos dispositivos conlleva ventajas significativas, especialmente porque permiten análisis rápidos, con gran precisión y utilizando una mínima cantidad de muestra del paciente. Además los dispositivos biosensores pueden ser portátiles y fáciles de usar, facilitando en gran medida el diagnóstico en cualquier lugar y en cualquier momento. En el caso de la investigación biomédica, su uso aporta una mayor facilidad en el análisis de todo tipo de interacciones biomoleculares sin la necesidad de emplear tediosos métodos de preparación de las muestras o métodos complejos de evaluación de los datos obtenidos.

-¿En qué proyectos trabajan?

-Nuestro trabajo se centra en dos direcciones fundamentales: por una parte desarrollamos la tecnología completa de los dispositivos, llegando incluso a producir prototipos pre-comerciales. Por otra parte, desarrollamos aplicaciones específicas especialmente dirigidas al diagnóstico precoz de enfermedades como puede ser el cáncer o las enfermedades neurodegenerativas. Las aplicaciones desarrolladas se comprueban con la evaluación de muestras reales provenientes de diferentes hospitales del país o bien de biobancos y los resultados de nuestros dispositivos son validados con las técnicas de referencia para demostrar la viabilidad de nuestra tecnología.

-¿En qué patologías se centran?

-De nuestro trabajo actual, me gustaría destacar los proyectos centrados en la detección temprana de aquellos tipos de cáncer donde este diagnóstico temprano es muy complicado, como en el caso del cáncer de pulmón, donde evaluamos sutiles cambios epigenéticos en las células del paciente que pueden indicar este inicio. También la detección del consumo de gluten en enfermos celíacos usando tan solo unas gotas de su orina, un trabajo que llevamos a cabo en colaboración con una empresa nacional que tiene interés en comercializar un “point-of-care”con este biosensor. Además, hemos desarrollado la monitorización de anticoagulantes como el Sintrom® utilizando una ínfima cantidad del suero de los pacientes, lo que abre una puerta a la esperanza para estos enfermos, ya que este control a día de hoy es muy complejo. Asimismo, estamos trabajando en la detección rápida de sepsis en el plasma de pacientes que se encuentran en las UCIs de los hospitales, ya que esta enfermedad requiere de un diagnóstico muy rápido y muchas veces no se puede esperar a los resultados del laboratorio clínico.

-Coordina un proyecto “EuroNanoMed3” para monitorización de lesiones cerebrales, ¿cómo avanzan en este proyecto y en qué consiste?

-Este es un proyecto muy interesante que acaba de comenzar y donde pretendemos dar respuesta a un problema concreto en el diagnóstico y posterior seguimiento al tratamiento de los enfermos afectados por lesiones cerebrales. Hoy en día, el diagnóstico, pronóstico y la eficacia de los tratamientos de rehabilitación son principalmente evaluados mediante exámenes clínicos, neuroimagen y pruebas electrofisiológicas durante una larga hospitalización del enfermo. Pretendemos ofrecer como alternativa una nueva plataforma multibiosensora que sea capaz de la identificación y cuantificación simultánea de un conjunto de biomarcadores cerebrales presentes en la sangre del enfermo que son indicativos tanto de la gravedad de la lesión como de la respuesta de la misma a los tratamientos médicos. De esta forma, se agilizaría tanto el diagnóstico como el seguimiento de la recuperación y se podría proporcionar al enfermo una mejor calidad de vida.

-¿Cómo percibe la situación de la mujer en la actividad científica desde su propia experiencia como investigadora?

-Aunque con el paso de los años ha aumentado y mucho el número de científicas, lo cierto es que la progresión en la carrera científica sigue siendo mucho más compleja para las mujeres. Por eso hay muy pocas mujeres científicas en la dirección de grupos de investigación, en posiciones de alta gestión, en puestos de dirección o de mando. El famoso “techo de cristal” es una realidad tangible y que veo difícil que desaparezca en un futuro cercano.

-¿Cuáles son las principales fortalezas de las mujeres científicas?

-Estoy convencida que las principales fortalezas de las científicas son su capacidad de lucha y resistencia en un ambiente profesional y social adverso, además de su gran capacidad de trabajo, tanto dentro como fuera del laboratorio.

-¿Percibe avances en la eliminación de las barreras de género en la ciencia?

-Se perciben algunos avances, pero estos son muy lentos. Hace años pensaba que la eliminación de las barreras de género en ciencia (y en general en todos los ámbitos) se produciría de forma más rápida debido a la concienciación social del problema; pero ahora veo que el proceso es mucho más lento de lo que indicaban nuestras expectativas. A pesar de la concienciación, no ha existido una voluntad real para eliminar estas barreras porque los centros de decisión siguen estando mayoritariamente en manos masculinas y porque pocos hombres son realmente conscientes de la existencia de estas barreras.

Fuente: CIBER «Trabajamos en nanobiosensores para la detección temprana de aquellos tipos de cáncer donde el diagnóstico precoz es muy complicado»

El grupo de Infecciones Bacterianas: Terapias Antimicrobianas del IBEC, liderado por Eduard Torrents, ha diseñado un nuevo método que permite, por primera vez, comprobar la eficacia de los fármacos antimicrobianos que incluyen nanopartículas en su estructura. Esta nueva técnica, se ha publicado recientemente en la revista Journal of Nanobiotechnology.

La resistencia bacteriana es una de las mayores amenazas a las que se enfrenta la salud global en la actualidad. Según datos de la OMS, cada vez hay más infecciones (neumonía, tuberculosis, gonorrea) cuyo tratamiento se ha complicado debido a la pérdida de eficacia de muchos antibióticos. El origen de este problema se encuentra en el uso indebido y abusivo de los antibióticos, que provoca que las bacterias se vuelvan resistentes a ellos. En consecuencia, los antibióticos pierden eficacia.

En este contexto, son necesarias estrategias terapéuticas innovadoras, capaces de impedir que los microorganismos desarrollen mecanismos de resistencia. Desde hace unos años, los científicos estudian las llamadas nanopartículas metálicas, partículas de un tamaño inferior a la milésima parte de un cabello humano formadas por átomos de metal como el oro o la plata, entre otros. Estas partículas se adhieren a las membranas de las bacterias y, por este motivo, los expertos están sintetizando fármacos antimicrobianos que las incluyen en su estructura, con el objetivo de aumentar la eficacia del tratamiento y reducir la aparición de resistencias bacterianas.

Si bien este enfoque terapéutico es muy prometedor, aún no ha llegado al mercado. ¿Por qué motivo? Existe una enorme dificultad para validar su eficacia: al ser metálicas, las nanopartículas alteran los resultados de las validaciones biológicas, haciendo imposible comprobar si el fármaco funciona o no.

Por primera vez, científicos del Instituto de Ingeniería Biomédica de Cataluña (IBEC) han diseñado una técnica que permite evaluar la eficacia de los fármacos unidos a nanopartículas de manera precisa y fiable.

Rompiendo la barrera existente en las validaciones biológicas

“Actualmente, existe una amplia gama de nanopartículas dirigidas a enriquecer la próxima generación de antimicrobianos. Pero la mayoría de estas estructuras poseen unas propiedades ópticas que alteran los resultados de la validación biológica,” explica Eduard Torrents, investigador principal del grupo de Infecciones Bacterianas: Terapias Antimicrobianas del IBEC y colíder del estudio. Y añade, “La creación de tratamientos innovadores debe ir de la mano del desarrollo de nuevos métodos de validación, porque los antiguos no son útiles.”

La nueva metodología ha sido testada con nanopartículas de oro unidas a fármacos que atacaban a tres especies distintas de bacterias: Escherichia coli, responsable de innumerables infecciones como algunas gastroenteritis, cistitis y meningitis; Staphylococcus aureus, culpable de la mayoría de las intoxicaciones alimentarias, y Pseudomonas aeruginosa, causante de infecciones en el tracto respiratorio. En todos los casos, la nueva técnica ha permitido validar la eficacia de los antimicrobianos con nanopartículas.

“Además de ser barata, esta técnica tiene una alta resolución y una elevada sensibilidad. Con ella, abrimos las puertas al uso de nanopartículas para tratar infecciones bacterianas, un objetivo que perseguimos desde hace años”, comenta Torrents. Y concluye, “La posibilidad de aplicar terapias nuevas y efectivas que nos libren de la problemática de las resistencias bacterianas, tendrá un elevado impacto en la salud global de las personas.”I

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Artículo de referencia: Vukomanovic M, Torrents E. High time resolution and high signal-to-noise monitoring of the bacterial growth kinetics in the presence of plasmonic nanoparticles. Journal of Nanobiotechnology, 2019. https://doi.org/10.1186/s12951-019-0459-1

Fuente: IBEC Un paso adelante hacia el uso de nanopartículas para combatir la resistencia bacteriana