Bacterias magnéticas para luchar contra los tumores

Investigación UPV/EHU

Bacterias magnéticas
Imagen de microscopia electrónica de transmisión de una bacteria magnetotáctica, Magnetovibrio blakemorei, con los nanoimanes que sintetiza en su interior. Foto: Grupo de Magnetismo y Materiales Magnéticos de la UPV/EHU

Imaginemos un vehículo diminuto, un nanocoche (de dimensiones un millón de veces inferiores al milímetro), dotado de una estructura magnética que permita controlarlo y dirigirlo mediante campos magnéticos. Imaginemos que introducimos ese coche en el cuerpo humano y lo llevamos hasta el lugar preciso en el que se necesite liberar un medicamento o eliminar células cancerosas. En esta audaz idea trabajan numerosos científicos repartidos por todo el mundo, entre ellos el grupo multidisciplinar Magnetismo y Materiales Magnéticos (GMMM) de la Universidad del País Vasco. Este equipo participa en una investigación para conseguir materializarla.

En concreto, este grupo, liderado por la profesora de la Facultad de Ciencia y Tecnología Maria Luisa Fernández-Gubieda, explora el uso de bacterias magnéticas, conocidas como bacterias magnetotácticas, en la lucha contra el cáncer. Estos microorganismos tienen la sorprendente habilidad de formar nanopartículas magnéticas de óxido de hierro dentro de sus células. Las partículas, con diámetros de unos 50 nanómetros (100 veces más pequeñas que las células de la sangre), se organizan, dentro de la bacteria, en forma de cadena, que actúa como una brújula magnética y orienta la bacteria en su conjunto en la dirección definida por un campo magnético. La idea sería utilizarlas para tratar el cáncer mediante hipertermia magnética o transporte de medicamentos: dirigirían las bacterias al lugar donde se localiza el tumor, y se calentarían por campos externos para conseguir quemar las células cancerosas y/o liberar fármacos mediante calor u otro estímulo externo.

“La bacteria es un excelente modelo magnético que nos ayuda a entender el comportamiento de las nanopartículas magnéticas y desarrollar modelos que transcienden a otros sistemas”, explica Mª Luisa Fernández-Gubieda.

Propiedades de las bacterias magnéticas

Ahora, en colaboración con un equipo del Helmholtz Zentrum Berlin, liderado por Sergio Valencia, han podido explorar más al detalle las propiedades magnéticas de estas bacterias. El grado de éxito de todas las posibles aplicaciones depende de las propiedades magnéticas de estas bacterias, y en concreto de cada uno de los nanoimanes que conforman sus cadenas. Sin embargo, la señal magnética de una única partícula es tan débil que, hasta ahora, era necesario estudiar la respuesta de promedios de cientos o miles de nanopartículas para obtener resultados significativos.

Contar solo con esos valores promediados restringía el diseño de aplicaciones personalizadas de nanoimanes. Y esto es lo que ahora ha cambiado. La física Lourdes Marcano, miembro de GMMMT, ha desarrollado un nuevo método. “Ahora podemos obtener información precisa sobre las propiedades magnéticas de varios nanoimanes individuales de manera simultánea», dice.

Anisotropía magnética

Efectivamente, el nuevo método permite medir las propiedades magnéticas de las nanoestructuras magnéticas individuales, incluso cuando están en el interior de entidades biológicas. En concreto, gracias a las imágenes magnéticas obtenidas en el microscopio de transmisión de rayos X del sincrotrón BESSY II (Helmholtz Zentrum Berlin), y con la ayuda de simulaciones teóricas, han conseguido información precisa sobre la anisotropía magnética de cada nanopartícula dentro del campo de visión del microscopio. La anisotropía magnética describe cómo reacciona una nanopartícula magnética a los campos magnéticos externos aplicados en una dirección arbitraria. Es, por tanto, un parámetro importante para controlar y dirigir las nanopartículas magnéticas.

De momento, obtener imágenes magnéticas de nanopartículas magnéticas dentro de una célula biológica con suficiente resolución solo es posible en grandes instalaciones de radiación sincrotrón, como la de del Helmholtz Zentrum Berlin. “Sin embargo, en el futuro, con el desarrollo de fuentes compactas de rayos X de plasma, este método podría convertirse en una técnica estándar de laboratorio», afirma Sergio Valencia.

Referencia:

Lourdes Marcano, Iñaki Orue, David Gandia, Lucía Gandarias, Markus Weigand, Radu Marius Abrudan, Ana García-Prieto, Alfredo García-Arribas, Alicia Muela, M. Luisa Fdez-Gubieda & Sergio Valencia (2022) Magnetic Anisotropy of Individual Nanomagnets Embedded in Biological Systems Determined by Axi-asymmetric X-ray Transmission Microscopy ACS Nano doi: 10.1021/acsnano.1c09559

Edición realizada por César Tomé López a partir de materiales suministrados por UPV/EHU Komunikazioa

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