Un estudio pionero, liderado por el Instituto de Bioingeniería de Catalunya (IBEC) en colaboración con el ICFO – Instituto de Ciencias Fotónicas, ambos miembros del BIST, ha presentado el primer método para controlar la actividad cerebral en organismos vivos utilizando fármacos activados por excitación de tres fotones y luz infrarroja media. Este método se basa en la activación de un receptor específico para la acetilcolina, un neurotransmisor vital involucrado en varios procesos cerebrales, como el aprendizaje, la atención y la memoria.

Para lograrlo, los investigadores utilizaron PAI, una molécula sensible a la luz previamente desarrollada en el IBEC, utilizando la concentración de fármaco más baja y la longitud de onda de foto activación más larga jamás registrada.

El estudio, publicado en la revista Angewandte Chemie, fue dirigido por el Dr. Pau Gorostiza, Profesor de Investigación ICREA, miembro del CIBER-BBN y líder del grupo de Nanosondas y Nanoconmutadores en el IBEC, y por el Dr. Pablo Loza-Álvarez, jefe del laboratorio de Microscopía de Super resolución y Nanoscopía (SNL) del ICFO.

«La novedad de estos resultados es que nos demuestran que podemos controlar la actividad de los fármacos utilizando luz infrarroja. Además, la mayoría de los compuestos fotosensibles que solíamos usar en fotofarmacología con luz ultravioleta y visible son igualmente susceptibles a ser activados mediante la excitación de tres fotones con luz infrarroja de longitud media, que resulta menos agresiva para los tejidos.», explica Gorostiza.

«Además, esta técnica, al ser iluminación IR, ofrece la posibilidad de llegar muy profundo dentro del tejido y con resoluciones submicrométricas en las tres dimensiones. En términos simples, significa que podemos localizar la activación justo en el punto focal del haz láser, al iluminarlo externamente a través del cráneo», agrega Loza-Álvarez.

Estos resultados muestran el potencial de la farmacología de tres fotones y abren nuevas perspectivas para la investigación fundamental en neurobiología y el desarrollo de terapias de neuromodulación basadas en la luz.

El poder de la luz

La luz se puede utilizar para lograr dirigir la acción de fármacos en áreas específicas del cuerpo mediante la fotofarmacología. Este enfoque innovador implica modificar la estructura química de un fármaco agregando a su estructura un interruptor molecular activado por la luz. De esta manera se consigue que el fármaco se active solo cuando se expone a un color de luz particular.

En investigaciones anteriores, científicos y científicas del IBEC intentaron activar PAI utilizando excitación de una fotón y dos fotones con una reversibilidad y un control in vivo limitados. En su nuevo artículo científico, los investigadores recurrieron a la luz infrarroja de longitud de onda más larga y a cálculos teóricos para mejorar la activación de PAI a través de excitaciones de múltiples fotones. Estos cálculos, realizados por el laboratorio de Josep Maria Lluch y Jordi Hernando en la Universidad Autónoma de Barcelona, sugirieron que la excitación de tres fotones podría ser más eficiente que las alternativas de dos fotones y que el principio podría ser ampliamente aplicable.

Posteriormente, los investigadores llevaron a cabo experimentos in vivo para validar estas predicciones teóricas. Utilizaron larvas de pez cebra genéticamente modificadas para expresar un indicador de calcio fluorescente. La actividad neuronal conduce a rápidas fluctuaciones en los niveles intracelulares de calcio libre, razón por la cual los indicadores de calcio se utilizan comúnmente para visualizar la actividad neuronal.

Esta configuración experimental les permitió observar y analizar las alteraciones en los niveles de calcio cuando el cerebro fue expuesto a estimulación lumínica a través de la excitación de tres fotones: «La primera vez que vimos las respuestas cerebrales quedamos realmente impresionados. Administrarnos el compuesto PAI en su forma inactiva, que fue captado por el cerebro del pez cebra, y cuando lo excitamos con los destellos de tres fotones, todo el cerebro se iluminó. Usando nuestro equipo, pudimos ver claramente la activación de PAI en forma de cambios en la actividad cerebral», destaca Rosalba Sortino, primera autora del estudio y recién doctorada en el grupo de Gorostiza en IBEC.

Referencia

Sortino R, Cunquero M, Castro Olvera G, Gelabert R, Moreno M, Riefolo F, et al. Three-Photon Infrared Stimulation of Endogenous Neuroreceptors in Vivo. bAngew Chem Int Ed. https://doi.org/10.1002/anie.202311181

26 octubre 2023 | Fuente: EurekAlert| Tomado de Comunicado de Prensa

 Un estudio del centro vasco de investigación en biomateriales CIC biomaGUNE ha conseguido gracias a la utilización de luz infrarroja en combinación con nanopartículas plasmónicas (en las que oscilaciones de partículas ofrecen propiedades ópticas) la recolección eficiente de las células cultivadas en laboratorio, con el objetivo de que puedan ser usadas en medicina regenerativa e ingeniería del tejido.

La luz infrarroja interacciona con las nanopartículas generando la suficiente energía como para despegar las células de las superficies en las que crecen.También es una luz suave, de poca energía, por lo que permite extraer las células sin dañarlas y una supervivencia cercana al 100 % durante el proceso de recolección de las células. Un nivel de viabilidad desconocido hasta el momento.

El trabajo llevado a cabo por los investigadores Juan José Giner-Casares, Malou Henriksen-Lacey e Isabel García, bajo la dirección de Luis Liz-Marzán, ha sido publicado y destacado como Hot Paper por la revista alemana Angewandte Chemie International Edition.

 El cultivo de células es una técnica extendida que se utiliza tanto en la industria como en la investigación en áreas tan diversas como virología, biotecnología, inmunología, farmacología o producción de tejidos artificiales.

 “El principal problema surge en el momento de recolectar esas células y tejidos debido a que los procesos de despegado son muy agresivos, de forma que muchos de estos entes biológicos no son viables y por tanto no pueden ser utilizados», explica el investigador Juan José Giner-Casares, «especialmente en el caso de células de alto valor añadido, cada pérdida por mínima que sea es muy relevante en el proceso en su conjunto».

 «Nuestra investigación es importante para mejorar la viabilidad de las células en cualquier tipo de cultivo, si bien esperamos que aquella industria de células de alto valor añadido esté especialmente interesadas en estas superficies,  añade. En el caso de cultivar tejidos para su implante en personas la integridad de las células es fundamental, ya que estamos hablando de un cultivo que va a formar parte de una persona”.

Mediante una modificación de la nanolitografía basada en copolímeros en bloque, el equipo investigador crea superficies de nanopartículas altamente ordenadas, que son químicamente modificadas para obtener características plasmónicas optimizadas para cultivo y despegado de células.

 Concentrar el campo electromagnético

Las diminutas dimensiones de las nanopartículas plasmónicas permiten concentrar un campo electromagnético de enorme intensidad en su superficie, que abre un amplio abanico de posibilidades. En este caso amplifica la luz infrarroja con la que se irradia el cultivo, dando lugar a un calentamiento suave pero muy localizado en la superficie de las nanopartículas en contacto con la pared celular. Las células responden despegándose de la superficie suavemente y sin ser afectadas.

La investigación demuestra que se pueden recuperar células o cualquier tejido cultivado sobre cristal o plástico modificados con nanopartículas aplicando luz infrarroja. CIC biomaGUNE ha solicitado la patente europea para que la investigación sea susceptible de ser explotada comercialmente.

 El Centro de Investigación en Biomateriales, CIC biomaGUNE, con sede en el Parque Tecnológico de Donostia-San Sebastián, lleva a cabo investigación en la interfaz entre la Química, la Biología y la Física con especial atención en el estudio de las propiedades de las nanoestructuras biológicas a escala molecular y sus aplicaciones biomédicas.

junio 18/2020 (SINC)

Ahora, un equipo de investigadores ha ideado una nueva manera, no invasiva, para hacer esta vigilancia aún más sencilla y llevadera. Utilizando luz láser infrarroja aplicada sobre la piel, ellos han conseguido medir los niveles de azúcar en el fluido dentro y debajo de las células de la piel, obteniendo el valor del nivel de azúcar en sangre. Esto abre la magnífica posibilidad de que los pacientes diabéticos puedan medir sus niveles de glucosa sin necesidad de pinchazos ni de tiras reactivas.

Este prometedor avance tecnológico es obra del equipo de Miguel A. Pleitez, Tobias Lieblein, Alexander Bauer, Otto Hertzberg y Werner Mäntele, del Instituto de Biofísica dependiente de la Universidad Johann Wolfgang Goethe en Fráncfort, Alemania, así como Hermann von Lilienfeld-Toal de la empresa germana Elté Sensoric GmbH.

La meta de estos investigadores es desarrollar una versión comercial del dispositivo, que constituya una manera más fácil, menos molesta, no invasiva y más barata, de vigilar los niveles de glucosa en sangre.

Su nueva estrategia óptica se basa en el uso de espectroscopía fotoacústica para medir la glucosa a través de su absorción de luz en el infrarrojo medio. Un pulso indoloro de luz láser es aplicado externamente a la piel. El pulso es absorbido por las moléculas de glucosa. Eso genera un sonido característico que puede ser medido. Esta señal permite a los investigadores detectar glucosa en los fluidos de la piel en cuestión de segundos.

Los datos que muestran los niveles de glucosa en las células cutáneas a una centésima de milímetro por debajo de la piel permiten deducir los niveles de glucosa en sangre, aunque los intentos previos de utilización de espectroscopía fotoacústica con este fin se habían visto obstaculizados por distorsiones relacionadas con cambios en la presión del aire, la temperatura y la humedad, causados por el contacto con la piel viva.

Estos problemas han sido ahora superados en la nueva tecnología y solo falta que ésta reciba las aprobaciones oficiales oportunas de las autoridades sanitarias.

El primer modelo disponible para el público estará a punto dentro de tres años, y tendrá el tamaño de una caja de zapatos. El siguiente modelo, unos años después, será bastante más pequeño.
noviembre 26/2013 (Diario Salud)

Experimentos con ratones a los que implantaron un tipo de cáncer llamado carcinoma esponicelular en la espalda mostraron que esa terapia solo afecta a las células tumorales sin dañar el tejido sano. El estudio desarrollado por científicos del Instituto del Cáncer de Maryland, consistió en administrar a los modelos biológicos un anticuerpo que se dirige a proteínas en la superficie del cáncer.

Luego añadieron un compuesto químico llamado IR700 en el anticuerpo y después bombardearon ondas de luz infrarroja que activan al IR700.

Esas longitudes de onda pueden penetrar varios centímetros bajo la piel.

Como resultado los ratones tratados con las ondas de luz vivieron más tiempo en comparación con los del grupo de control.

Aunque en este experimento no se observaron daños colaterales, los científicos señalaron que son necesarias más investigaciones formales para determinar toxicidad.

En la actualidad los tratamientos convencionales contra los tumores se dividen en tres categorías radiación, eliminación quirúrgica y quimioterapia.
Noviembre 8/2011 Londres, (PL)

Tomado del boletín de selección temática de Prensa Latina: Copyright 2011 «Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.»

Makoto Mitsunaga,Mikako Ogawa,Nobuyuki Kosaka,Lauren T Rosenblum,Peter L ChoykeHisataka Kobayashi.Cancer cell–selective in vivo near infrared photoimmunotherapy targeting specific membrane molecules. Publicado en Nature Medicine . Noviembre 6/2011