Uso de nanopartículas como agentes citotóxicos.La presente invención se refiere al uso de nanopartículas con una elevada intensidad de absorbancia SPR y que comprenden externamente un recubrimiento inerte e internamente un núcleo metálico,

como agentes citotóxicos; y/o para la elaboración de una composición farmacéutica destinada al tratamiento de enfermedades infecciosas. Además, la presente invención se refiere a un método para la inducción de citotoxicidad en una muestra con células que comprende la puesta en contacto de la muestra con las nanopartículas arriba citadas y la irradiación de las mismas con luz de una longitud de onda entre 350 y 500 nm. Así, la presente invención puede aplicarse en biomedicina o en fototerapia para inducir la muerte tanto de células procariotas como eucariotas, o en cualquier otro campo en el que se desee inducir citotoxicidad en cualquier tipo de muestra

Uso de nanopartículas como agentes citotóxicos.

Campo de la invención

La presente invención se refiere al uso de nanopartículas con elevada intensidad de absorbancia SPR, en un estrecho rango de longitud de onda, como agentes citotóxicos para la inducción de muerte celular. Así la presente invención puede aplicarse en biomedicina, en métodos de fototerapia para el tratamiento de enfermedades mediante la inducción de muerte celular. Más concretamente la presente invención puede aplicarse en tratamientos de enfermedades infecciosas mediante la inducción de la muerte de microorganismos.

Estado de la técnica

La fabricación y estudio de nanomateriales ha tenido un desarrollo creciente durante la pasada década. Los materiales con dimensiones nanométricas representan un cambio significativo en sus propiedades físico-químicas y en algunos casos son origen de nuevos fenómenos. Sin embargo, los estudios relacionados con la actividad biológica de estos nanomateriales aún son muy incipientes. Algunas investigaciones recientes muestran resultados importantes relacionados con la actividad de diferentes medicamentos y con la función antimicrobiana. Entre los nanomateriales utilizados se encuentra la plata (Ag), conocida por sus propiedades como desinfectante desde hace alrededor de 1200 años. Preparaciones de este metal han sido utilizadas durante siglos con varios usos médicos, como son: profilaxis ocular de recién nacidos, uso tópico en heridas por quemaduras, tratamiento de infecciones ortopédicas y otras dolencias. La plata también sirve como un potente bactericida, actuando contra un amplio espectro de microorganismos. Se cree que cationes de este metal reaccionan con las proteínas, provocando su inactivación, mediante la formación de enlaces de coordinación con grupos-SH de residuos de Cys. Cuando este material es preparado en forma de nanopartículas es de esperar una mayor actividad antimicrobiana debido al aumento de la superficie específica de interacción. Análisis mediante Microscopía Electrónica de Transmisión (TEM) e investigaciones proteómicas sugieren que las nanopartículas de plata interactúan con los componentes de la membrana bacteriana, causando cambios estructurales que terminan por provocar la disipación de la fuerza protón-motriz y consecuentemente inducen la muerte de la célula. Se cree también que la inactivación general de proteínas celulares a causa del tratamiento con iones Ag⁺ tiene otras consecuencias graves, como la pérdida de la capacidad de replicación del ADN. Adicionalmente, se encontró que la unión de iones Ag⁺ con grupos funcionales de las proteínas puede dar lugar a su desnaturalización. Las nanopartículas de Ag también pueden utilizarse como agentes antimicrobianos efectivos al ser aplicadas como recubrimiento de superficies que requieren una función bactericida, por ejemplo, en los casos de material médico y filtros para tratamiento de agua.

Otra aplicación interesante de las nanopartículas metálicas en el campo de la biología es la detección de concentraciones muy bajas de moléculas mediante el efecto denominado "Surface-enhanced Raman Scattering" (SERS), descubierto a finales de la década del 1970. Este fenómeno está relacionado con un incremento gigantesco de la dispersión Raman (10¹⁰-10¹⁵) en el entorno de nanopartículas metálicas. En una de sus interpretaciones, el fenómeno se relaciona con la resonancia electromagnética en las nanoestructuras de metales nobles, lo cual ha servido de base para la teoría electromagnética del SERS. Actualmente, esta resonancia electromagnética es denominada "Surface Plasmon Resonante" (SPR), e incluye fenómenos y aplicaciones muy diversas, tales como "SPR biosensing", terapia fotodinámica usando el plasmon de las nanocorazas o nanocortezas de Au y líneas de transmisión óptica basadas en nanopartículas. Todas estas aplicaciones están basadas en los intensos campos electromagnéticos que se producen en la vecindad de las nanopartículas metálicas a causa de la polarización de un campo electromagnético externo. La intensidad e incremento de este campo electromagnético local vienen determinadas por la forma, tamaño, configuración y composición de las nanopartículas.

El incremento de la intensidad del campo electromagnético en la superficie de una nanopartícula aislada y excitada resonantemente es alrededor de 30 veces. Sin embargo, en puntos intermedios entre nanopartículas acopladas, la intensidad del campo puede intensificarse unas 5000 veces. Por tanto, en la proximidad de un sistema de nanopartículas, la intensidad de luz de excitación se amplifica por un factor que varía entre 10³ y 10⁷. Es de destacar también que la intensidad de estos campos electromagnéticos decae rápidamente con la distancia a la superficie de la nanopartícula metálica.

Otro aspecto importante es el cambio en la actividad química de las nanopartículas bajo los efectos de una radiación luminosa (láser o lámpara fluorescente). La radiación láser de las nanopartículas metálicas (de Ag) diluidas en solución acuosa provoca la fragmentación o fusión del coloide. Se ha demostrado que la radiación láser origina la foto-eyección de electrones, provocando la ionización-oxidación superficial de las nanopartículas y la consecuente segregación de iones (Ag⁺). Este fenómeno se intensifica en presencia de iones Cl^-, debido a un ataque oxidativo O₂/Cl^- ("oxidative etching"), que en el caso de las nanopartículas de Ag con morfología de planos gemelos puede dar lugar a su disolución completa. El efecto de ataque oxidativo ha sido utilizado para la foto-conversión de nano-esferas en otras nanopartículas de distinta morfología.

Recientemente se han explorado las posibles aplicaciones foto-terapéuticas de nanopartículas metálicas, proponiéndose tratamientos anticancerígenos basados en las propiedades foto-térmicas de las nanopartículas de Au (1-3). En estos casos la actividad de la nanopartícula se basa en el calentamiento local producido en zonas irradiadas debido a su proximidad con los nanoelementos. El papel de las nanopartículas es asegurar una absorción efectiva de la radiación a través del fenómeno SPR y transferir el exceso de energía en forma calor al tejido adyacente. Utilizando un láser continuo con una longitud de onda de 820 nm y una potencia de 4 W/cm², Hirsch y sus colaboradores (1) han observado incrementos en la temperatura de aproximadamente 37ºC por encima de las condiciones fisiológicas en áreas irradiadas en presencia de los nanoelementos.

Sin embargo, la aplicación de las nanopartículas utilizadas en la presente invención no se basa en el aumento de la temperatura. Los efectos conseguidos están más bien relacionados con el plasmon inducido sobre la superficie de las nanopartículas. Es decir, el efecto conseguido en la presente invención se debe a una propiedad óptica específica de las nanopartículas utilizadas, y no a una propiedad térmica. Así mismo, los efectos foto-térmicos quedan descartados como causa de la muerte de las células, ya que la radiación electromagnética utilizada en la presente invención es de baja potencia media, 0,018 W/cm², es decir, 220 veces menor que la utilizada en tratamientos fototérmicos reportados por otros autores (1).

Por lo tanto, la muerte celular conseguida mediante la presente invención se debe en parte a las características ópticas especiales de las nanopartículas utilizadas. Dichas nanopartículas presentan una serie de peculiaridades importantes, entre las cuales están: una intensidad de absorbancia SPR elevada (entre 0,4 y 1,2, para un paso óptico de 1 cm²) en un rango estrecho de longitudes de onda entre 350 y 500 nm. Cuando la zona de aplicación de las nanopartículas se irradia con luz de una longitud de onda cercana al máximo de absorbancia SPR de las nanopartículas (preferentemente entre 400 y 410 nm), se originan campos electromagnéticos elevados en el entorno de las; nanopartículas que pueden dar lugar a diversos fenómenos que afectarían a la viabilidad de las células, tales como electroporación: de la membrana celular, ataque fotooxidativo o formación de especies reactivas de oxígeno, los cuales serían responsables en última instancia de la muerte de las células.

Ninguno de los documentos localizados en el estado de la técnica comprende el uso de las nanopartículas utilizadas en la presente invención para inducir muerte celular. La utilización de estas nanopartículas aprovechando su propiedad física SPR anteriormente...

1. Uso de nanopartículas con una elevada intensidad de absorbancia SPR y que comprenden externamente un recubrimiento inerte e internamente un núcleo metálico, como agentes citotóxicos.

2. Uso, según la reivindicación 1, donde la solución coloidal de nanopartículas presentan una intensidad de absorbancia SPR entre 0,4 y 1,2, para un paso óptico de 10 mm, a una longitud de onda de 400 nm.

3. Uso, según la reivindicación 1, donde el recubrimiento inerte es un material semiconductor, cerámico y/o dieléctrico.

4. Uso, según la reivindicación 3, donde el recubrimiento inerte se selecciona entre: SiO₂, GeO₂, ZrO₂, TiO₂ o ZnO₂.

5. Uso, según la reivindicación 1, donde el metal comprendido en el núcleo de la nanopartícula es plata o aleaciones que comprendan plata.

6. Uso, según la reivindicación 1, donde la nanopartícula comprende externamente SiO₂ e internamente un núcleo de plata o aleaciones que comprendan plata.

7. Uso, según la reivindicación 1, donde el efecto citotóxico se lleva a cabo tanto sobre células procariotas como eucariotas.

8. Uso, según la reivindicación 7, donde el efecto citotóxico se lleva a cabo sobre células bacterianas.

9. Uso de nanopartículas con una elevada intensidad de absorbancia SPR y que comprenden externamente un recubrimiento inerte e internamente un núcleo metálico, para la elaboración de una composición farmacéutica destinada al tratamiento de enfermedades infecciosas.

10. Uso, según la reivindicación 9, donde las nanopartículas presentan una intensidad de absorbancia SPR entre 0,4 y 1,2, para un paso óptico de 10 mm, a una longitud de onda de 400 nm.

11. Uso, según la reivindicación 9, donde el recubrimiento inerte es un material semiconductor, cerámico y/o dieléctrico.

12. Uso, según la reivindicación 11, donde el recubrimiento inerte se selecciona entre: SiO₂, GeO₂, ZrO₂, TiO₂ o ZnO₂.

13. Uso, según la reivindicación 9, donde el metal comprendido en el núcleo de la nanopartícula es plata o aleaciones que comprendan plata.

14. Uso, según la reivindicación 9, donde la nanopartícula comprende externamente SiO₂ e internamente un núcleo de plata o aleaciones que comprendan plata.

15. Método para la inducción de citotoxicidad en una muestra con células que comprende:

• Poner en contacto la muestra con nanopartículas, con una elevada intensidad de absorbancia SPR y que comprenden externamente un recubrimiento inerte e internamente un núcleo metálico; e

• Irradiar las nanopartículas adheridas a la superficie celular con luz de una longitud de onda entre 350 y 500 nm.

16. Método, según la reivindicación 15, donde la muestra puede ser de cualquier tipo y origen siempre que presente células vivas, tanto eucariotas como procariotas.

17. Método, según la reivindicación 16, donde las células son bacterianas.

18. Método, según la reivindicación 15, donde la muestra puede ser tanto sólida como líquida.

19. Método, según la reivindicación 18, donde la muestra es material o instrumental quirúrgico o de laboratorio.

20. Método, según la reivindicación 18, donde la muestra es una disolución acuosa.

21. Método, según la reivindicación 15, donde la luz tiene una longitud de onda entre 400 y 410 nm.

22. Método, según la reivindicación 15, donde las nanopartículas presentan una intensidad de absorbancia SPR entre 0,4 y 1,2, para un paso óptico de 10 mm, a una longitud de onda de 400 nm.

23. Método, según la reivindicación 15, donde el recubrimiento inerte es un material semiconductor, cerámico y/o dieléctrico.

24. Método, según la reivindicación 23, donde el recubrimiento inerte se selecciona entre: SiO₂, GeO₂, ZrO₂, TiO₂ o ZnO₂.

25. Método, según la reivindicación 15, donde el metal comprendido en el núcleo de la nanopartícula es plata o aleaciones que comprendan plata.

26. Método, según la reivindicación 15, donde la nanopartícula comprende externamente SiO₂ e internamente un núcleo de plata o aleaciones que comprendan plata.