Investigadores desarrollan un mecanismo poco invasivo para crear luz en la sangre y tratar enfermedades genéticas
Así es como se puede iluminar el interior del cuerpo con nanopartículas inyectadas en la sangre
Investigadores de la Universidad de Stanford consiguen un mecanismo para crear luz a través de nanopartículas inyectadas en la sangre.
- Adhik Arrilucea Madrid–
La medicina y la biología hacen uso de la luz para diferentes propósitos: estimular el crecimiento celular, manipular señales neuronales o incluso para tratar algunos tipos de cáncer. Para ello es necesario iluminar el interior del cuerpo, pero esta tarea no es sencilla. La mayoría de los métodos son invasivos, ya que requieren la extirpación de tejido o la inserción de una fibra óptica. Pero investigadores de la Universidad de Stanford han desarrollado una manera alternativa, que consiste en inyectar nanopartículas en la sangre para convertir las ondas de ultrasonido en puntos de luz precisos. Esta técnica ofrece una posible vía para tratamientos más sencillos.
«A pesar de los avances recientes en la tecnología que interactúa con los tejidos biológicos, las compensaciones entre la alta resolución espaciotemporal y la focalización espacial flexible siguen siendo una limitación persistente», indica el estudio consultado por Público y divulgado en la revista Nature Materials. Esto quiere decir que una buena imagen del interior del cuerpo va reñido con la capacidad de iluminar y centrarse en más de un único punto. «Los dispositivos implantables pueden ofrecer precisión a nivel celular, pero son inherentemente invasivos y están restringidos a ubicaciones fijas». La alternativa con ultrasonidos que plantea la investigación «ofrece una estrategia versátil para el mapeo visual en todo el cuerpo«, determina el artículo.
Una investigadora realiza estudios de laboratorio REUTERS-Sahiba Chawdhary
«El ultrasonido es muy práctico y penetra mucho más profundamente en el cuerpo que la luz», afirma en un comunicado Guosong Hong, autor principal del artículo y miembro de Bio-X, el instituto interdisciplinar de biociencias de Stanford que combina disciplinas como la medicina y la ingeniería. «Con estos materiales podemos producir emisión de luz en el cerebro, el intestino, la médula espinal, los músculos, prácticamente en cualquier lugar, sin necesidad de un implante físico».
Luz bajo demanda
El equipo científico comenzó con materiales de gran tamaño como las partículas cerámicas. Estas son más propias de la construcción que del cuerpo humano, pero son luminiscentes. Es decir, emiten luz en respuesta a una tensión mecánica, la cual puede generarse mediante ondas ultrasónicas. Los investigadores procesaron los materiales hasta convertirlos en nanopartículas y crearon un recubrimiento para ellas que permite incluirlas en una solución inyectable. Dicha solución fue posteriormente administrada a ratones. Y sus vasos sanguíneos transportaron los nanomateriales a todas las partes del cuerpo.
«Dondequiera que haya tejido blando vivo, habrá vasos sanguíneos que proporcionen nutrientes, oxígeno y células sanguíneas», explica el autor principal. «También podemos usar eso para transmitir luz«. Las nanopartículas permanecen relativamente oscuras hasta que son alcanzadas por ondas ultrasónicas. El equipo demostró que podían iluminar varios puntos del cuerpo a la vez y también que los ultrasonidos eran útiles para llevar a cabo exploraciones, ya que creaban luz a medida que se desplazaban.
La luz no siempre es visible desde el exterior, por lo que debían demostrar que su emisión actuaba también en las capas más profundas del cuerpo. Con dicho objetivo, crearon un pequeño gorro para ratones que emitía ultrasonidos. Lo utilizaron para generar luz en diferentes partes del cerebro. La luz estimulaba distintas neuronas, lo que provocaba que el ratón girara a la izquierda o a la derecha según la zona del cerebro que se activara.
«Podemos modular esta emisión de forma no invasiva en diferentes regiones cerebrales para producir diversos resultados conductuales«, indica Hong. La demostración mostró que la luz producida por ultrasonido puede manipular eficazmente la actividad celular dentro del cerebro, pero también existen otros usos potenciales. «Este es un método general que puede permitir cualquier aplicación que requiera luz en tejidos profundos».
Una técnica con un futuro viable
Los materiales empleados en este trabajo generan luz azul con una longitud de onda de 490 nanómetros. Esta longitud de onda puede utilizarse para estimular neuronas, como demostraron los investigadores, y en la terapia fotodinámica contra el cáncer. Sin embargo, los mismos métodos podrían emplearse para producir otras longitudes de onda útiles a partir de diferentes nanomateriales. Hong y sus colegas continúan actualmente sus experimentos con un material que emite luz ultravioleta, capaz de eliminar bacterias y virus.
Este método para producir luz en el interior del cuerpo se ha combinado con la neurobiología y la bioingeniería con un objetivo: la edición genética. Esta se realiza por medio de la tecnología CRISPR, la cual se basa en un sistema natural de las bacterias para poder editar el genoma y modificar así el ADN de manera precisa. Esta técnica ha revolucionado en los últimos años la biomedicina y, en concreto, la investigación contra el cáncer. Sin embargo, todavía debe enfrentarse a varios desafíos, como que pueda generar efectos no deseados. Al combinar nanopartículas luminiscentes con un sistema de edición genética que se pone en marcha por luz, los investigadores esperan poder utilizar ultrasonidos para activar y desactivar la edición genética en áreas localizadas del cuerpo.
Este método aprovecha la emisión de luz inducida por ultrasonido, la comprensión del mecanismo de luminiscencia y la proteína CRISPR-Cas9 fotosensible –encargada de la edición genética–. La combinación de los tres campos permitirá controlar la tecnología CRIPSR a través de ultrasonido, lo que puede facilitar aplicaciones terapéuticas en el tratamiento de enfermedades genéticas humanas debido a su carácter menos invasivo y a su alta precisión espacio-temporal.
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El camino hacia su aplicación clínica
La investigación es una prueba de concepto. Se trata de una demostración práctica que evalúa la viabilidad técnica de una idea. Los científicos han aplicado sus conocimientos sobre ratones y han obtenido resultados favorables, lo cual abre la vía a nuevos estudios que continúen desarrollando esta tecnología. Asimismo, el propio estudio identifica los aspectos en los que se requiere continuar trabajando.
Antes de que cualquiera de estos sistemas pueda utilizarse en humanos, los investigadores deben asegurarse de que los nanomateriales sean seguros. Si bien estos materiales no parecieron mostrar efectos adversos en ratones, el equipo científico observó que no se degradan rápidamente y tienen el potencial de acumularse en órganos como el hígado. Ahora que los autores han demostrado que el ultrasonido puede utilizarse para producir luz, Hong espera reemplazar las nanopartículas cerámicas con un material biológico que se degrade de forma segura en el organismo.
«Lo que estamos demostrando aquí es una prueba de concepto que muestra que se puede producir emisión de luz de forma programable en las profundidades del cuerpo«, concluye Hong. «Si podemos reemplazar el material por uno más seguro para su uso en humanos, eso allanará el camino para aplicaciones clínicas».
Referencia
Hong, G. et al. «An ultrasound-scanning in vivo light source». Nature Materials (2026). DOI: https://doi.org/10.1038/s41563-026-02556-z.