Un equipo del Instituto de Química Médica del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (IQM-CSIC) ha diseñado una plataforma universal basada en nanopartículas de óxido de hierro capaz de incorporar, en un solo paso, hasta una decena de radioisótopos empleados tanto en diagnóstico como en tratamientos oncológicos.
Este avance, descrito en la revista “NPJ Imaging”, permite concentrar en un único material procesos que hasta ahora exigían estrategias químicas diferenciadas para cada elemento radiactivo. Asimismo, ha probado su funcionalidad en distintas aplicaciones de imagen médica y terapias en modelos animales.
El trabajo, desarrollado por el grupo de Nanomedicina, Imagen y Modelos 3D del IQM-CSIC, y en el que colaboran más de diez instituciones nacionales e internacionales entre hospitales, centros de investigación y universidades, aborda una limitación clásica de la medicina nuclear: la inexistencia de una molécula universal para radioisótopos con propiedades químicas muy diversas.
Los responsables del estudio explican que la creación de radiofármacos supone un reto notable, ya que cada uno combina material radiactivo con moléculas biológicas encargadas de dirigirlos a los tejidos diana. Esta unión debe ser extremadamente estable y segura y, en la práctica, obliga a desarrollar un compuesto específico para cada radioisótopo, lo que se traduce en procesos largos y complejos que en ocasiones ni siquiera resultan factibles. Frente a ello, las nanopartículas diseñadas en el Instituto de Química Médica del CSIC alcanzan una estabilidad con retenciones superiores al 97 por ciento incluso tras siete días en suero humano.
Retos técnicos en el diseño de radiofármacos
Los radiofármacos son medicamentos que contienen pequeñas cantidades de material radiactivo y se utilizan en medicina nuclear para el diagnóstico y tratamiento de múltiples patologías, entre ellas el cáncer. En los últimos años han adquirido especial relevancia aquellos compuestos que integran en una sola formulación funciones diagnósticas y terapéuticas, la llamada teranóstica, aunque su desarrollo sigue presentando importantes desafíos técnicos.
En estos fármacos, las sustancias radiactivas (radioisótopos) se combinan con moléculas biológicas que actúan como vehículo para dirigir el medicamento a órganos o tejidos concretos. Uno de los principales retos consiste precisamente en lograr una unión estable entre el radioisótopo y la molécula que lo conduce a los tejidos diana. Entre las distintas estrategias empleadas, en la práctica clínica predomina el uso de unas sustancias químicas denominadas quelantes.
Los quelantes se diseñan para sujetar con firmeza un átomo metálico que ha perdido uno o más electrones (un ion metálico), como ocurre con el radioisótopo. Funcionan como una especie de “pinza molecular” que envuelve y estabiliza el metal, impidiendo que se libere en el interior del organismo. La elección del quelante adecuado es crucial, ya que condiciona tanto el tipo de isótopo que puede emplearse como las propiedades físicas y biológicas del radiofármaco resultante.
“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.
El equipo ha desarrollado unas nanopartículas capaces de alojar en su interior una amplia gama de radiometales de uso habitual en hospitales de todo el mundo, tanto para diagnóstico por imagen como para radioterapia. La estrategia se basa en incorporar directamente los isótopos en el núcleo de nanopartículas de óxido de hierro, aprovechando que estudios previos habían demostrado que este material es especialmente adecuado para integrar diferentes radiometales y, al mismo tiempo, mantener una alta estabilidad en el organismo.
Seleccionaron diez radiometales empleados en técnicas de imagen nuclear y radioterapia, y a partir de ellos sintetizaron diez tipos distintos de nanorradiofármacos: tres destinados a la técnica PET (tomografía por emisión de positrones), cuatro para SPECT (tomografía computarizada de emisión de fotón único) y tres orientados a radioterapia.
Eficacia, versatilidad y seguridad de la plataforma
Para validar la eficacia y versatilidad de la plataforma, se realizaron diversos estudios “in vivo”. En primer lugar, se observó que las nanopartículas se acumulaban en tumores cerebrales muy agresivos, como el glioblastoma, lo que apunta a su posible uso en el diagnóstico de esta enfermedad. También constataron que la plataforma permite administrar radioterapia directamente en el interior del tumor y verificaron que las nanopartículas son útiles para detectar la formación de coágulos sanguíneos (trombosis).
Estos hallazgos respaldan el potencial de la plataforma como agente radioteranóstico, capaz de visualizar y tratar tumores con un mismo tipo de fármaco de manera eficaz en tumores sólidos. No obstante, una acumulación excesiva de nanopartículas en el organismo podría implicar riesgos para la salud, tanto por una dosis elevada de radiactividad como por una posible sobrecarga de hierro. Por ello, se comprobó que las nanopartículas se eliminan rápidamente por vía renal, lo que evita la acumulación, disminuye la toxicidad y facilita la repetición de terapias con mayor seguridad, un aspecto clave cuando se combina diagnóstico y tratamiento en un único agente radioteranóstico.
El trabajo pone de manifiesto el potencial de los nanorradiofármacos de óxido de hierro como plataforma versátil aplicable a 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 desarrollo abre la puerta a una nueva generación de radiofármacos más sencillos de producir, más robustos y con un gran potencial para impulsar tanto el diagnóstico precoz como el tratamiento personalizado del cáncer.