Las versátiles aplicaciones de las nanopartículas de oro

Las nanopartículas de oro presentan una gran actividad química en especial en las reacciones de oxidación y podrían utilizarse como catalizadores para eliminar contaminantes orgánicos, difíciles de degradar, útiles en la  descontaminación de las aguas  residuales.

Otra posible aplicación de este sistema es el tratamiento posterior para aguas negras (que contienen menor cantidad de oxígeno que las aguas residuales), pues se ha demostrado que en un reactor catalítico de membrana pueden ser eliminados algunos fármacos que se encuentran en las aguas.

Existen otras aplicaciones de las nanopartículas de oro debido a que presentan unas propiedades fototérmicas, por las que al ser activadas en presencia de luz láser, desprenden calor.

Se puede lograr que las nanopartículas de oro se unan selectivamente a células cancerígenas y no a células sanas y observando la imagen con un microscopio se observa que las células cancerosas están brillando. Con esta técnica, si se observa una célula bien definida brillando intensamente, significa que es cancerosa.

[CyPS-UCM-Grupo de Catálisis y Procesos de Separación]

Las nanopartículas, partículas microscópicas con por lo menos una dimensión menor de 100 nm constituyen en la actualidad un área de intensa investigación científica, debido a una amplia variedad de aplicaciones potenciales en los campos de biomédicos, ópticos, y electrónicos.

Las nanopartículas de oro en tamaños inferiores a 10 nanómetros (10 millonésimas partes de un metro), presentan una gran actividad química en especial en las reacciones de oxidación, por lo que son muy eficaces para eliminar contaminantes orgánicos, difíciles de degradar. Por este motivo la doctora Mirella Gutiérrez Arzaluz y el doctor Miguel Torres, profesores e investigadores de la Universidad Autónoma Metropolitana Azcapotzalco (UAM-A, trabajan en la utilización de catalizadores que incluyen nanopartículas de oro como agente reactivo contra los contaminantes orgánicos para lograr la  descontaminación de las aguas negras y residuales en México.

El formaldehído (un tipo de contaminante orgánico) es el principal causante de contaminación en las aguas del país. Este compuesto químico volátil proviene principalmente de las aguas de desecho que origina la industria farmacéutica, papelera y textil.

Algunos de los efectos negativos del formaldehído (en bajas concentraciones) se manifiestan en irritaciones en diversas partes del cuerpo, pero a concentraciones más altas (arriba de las 800 ppm o partes por millón) son agentes cancerígenos.

Los investigadores de la UAM-A han empleado un reactor de membrana consistente en  un tubo cerámico en el que se dispersan las nanopartículas de oro o algunos metales nobles como el platino, dentro de una carcasa de acero inoxidable.

Por un lado de la membrana se hace pasar la fase líquida (agua contaminada) y externamente un agente oxidante (que puede ser oxígeno o aire) el cual hace contacto con la fase líquida donde se encuentra depositada la fase activa de la membrana catalítica  (nanopartículas de oro o metal noble).

Cuando los contaminantes reaccionan con el agente oxidante en la membrana son transformados a dióxido de carbono, originando mineralización con una efectividad del 70% y el proceso puede considerarse como pre-potabilización para aguas residuales.

Otra posible aplicación de este sistema es el tratamiento posterior para aguas negras (que contienen menor cantidad de oxígeno que las aguas residuales), pues se ha demostrado que a través del reactor catalítico de membrana pueden ser eliminados algunos fármacos que se encuentran en las aguas.

Existen otras aplicaciones de las nanopartículas de oro debido a que presentan unas propiedades tanto físicas como químicas excelentes destacando especialmente sus peculiares e inesperadas propiedades fototérmicas, por las que al ser activadas en presencia de luz láser, desprenden calor. Presentan, en principio una baja toxicidad y unas propiedades peculiares e increíblemente interesantes que pueden ser modificadas mediante su funcionalización con múltiples ligandos, con la finalidad de obtener nanosistemas óptimos para las distintas aplicaciones terapéuticas. En efecto, las nanopartículas de oro emiten un intenso calor cuando son estimuladas con la frecuencia correcta de luz láser u otra fuente de calor (microondas, radiofrecuencia, ultrasonidos…), pudiendo calentar localmente un área de mil veces su tamaño.

Investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia y de la Universidad de California en San Francisco (UCSF) han aprovechado esa cualidad en una célula viva para así poder detectar más fácilmente el cáncer.

Uniendo las nanopartículas de oro a un anticuerpo se puede lograr nanopartículas que se unan a las células cancerígenas. Si se agrega una solución de nanopartículas a células sanas y a células cancerosas, y se observa la imagen, se puede observar mirando con un simple microscopio, que toda la célula cancerosa está brillando. Las células sanas no se unen específicamente a las nanopartículas, de manera que no se ve dónde están dichas células. Con esta técnica, si se observa una célula bien definida brillando intensamente, significa que es cancerosa.

En el estudio, los investigadores comprobaron que las nanopartículas de oro tienen un 600 por ciento más de afinidad con las células cancerosas que con las normales.

Lo que hace esta técnica tan prometedora es que no requiere costosos microscopios y láseres para obtener los resultados, mientras que otras técnicas sí y requiere solamente un microscopio simple, barato, y una luz blanca.

Otra ventaja es que los resultados son instantáneos. Si se toman células de un tejido con cáncer y se las rocía con las nanopartículas de oro unidas al anticuerpo, se ven los resultados de inmediato. La dispersión es tan fuerte que se puede detectar una partícula individual.

Finalmente, la técnica no es tóxica para las células humanas. Otra técnica similar basada en puntos cuánticos, emplea cristales semiconductores para marcar las células cancerígenas, pero el material del semiconductor es potencialmente tóxico.

Para vencer el cáncer hay que derrotar las células tumorales especialmente hábiles en eludir el efecto tóxico de las terapias por lo que logran sobrevivir durante años. Uno de sus principales enemigos es el oro aunque es difícil aplicarlo sólo en determinadas zonas.

Por ejemplo, ya se ha desarrollado un nanosensor capaz de detectar sustancias dopantes, como los esteroides que utilizan algunos deportistas, y con un sensibilidad superior a la que proporcionan otras técnicas. Lo que se esta haciendo ahora es extender esa metodología a los marcadores del cáncer. La idea es detectar concentraciones muy reducidas de determinadas moléculas o marcadores en una muestra de sangre de un paciente. Esto permitiría detectar un cáncer en un nivel de desarrollo muy temprano, lo que también facilitaría su curación.

Romain Quidant del Instituto de Ciencias Fotónicas de Barcelona recibió en 2009 el premio Fresnel otorgado a los mejores investigadores menores de 35 años, por sus investigaciones sobre “Las nanopartículas de oro iluminadas con luz pueden ayudar a luchar contra el cáncer”

Este equipo está trabajando en un chip que integre multitud de nanoestructuras metálicas para que pueda actuar como un “nano-laboratorio” que realizara muchos análisis en paralelo a partir de una gota de sangre. Las dos ventajas principales de este dispositivo son su pequeño tamaño (que facilitaría su uso -por ejemplo- en países en desarrollo donde no hay laboratorios), y su gran sensibilidad, que permitiría detectar enfermedades por debajo del nivel de las técnicas actuales, lo que daría a los médicos más seguridad en su diagnóstico y tratamiento.

En la próxima década piensan disponer de este chip, que además de las aplicaciones médicas también se podrá utilizar para otros usos, como el control agroalimentario o la detección de drogas o sustancias industriales peligrosas.