Los nanodots de carbono han surgido como herramientas prometedoras para el campo de las ciencias biomédicas, debido a su fluorescencia y alta compatibilidad. Un nuevo estudio, liderado por el CIC biomaGUNE, expone que el uso de manganeso en estas partículas diminutas podría ser una alternativa segura y funcional que no perjudicaría la calidad de las pruebas.
En concreto, los agentes de contraste llevan muchos años utilizándose porque permiten diferenciar bien entre tejidos y facilitan el diagnóstico. Durante las resonancias se suelen emplear agentes de contraste de gadolinio –que tiene propiedades paramagnéticas –para resaltar tumores y vasos sanguíneos durante las pruebas médicas.
Sin embargo, aunque estos compuestos hayan sido esenciales durante cuatro décadas, el uso frecuente de gadolinio puede conllevar riesgos para la salud en pacientes con insuficiencia renal e impactar en el medioambiente, ya que puede pasar a las aguas residuales y es difícil de eliminar durante su tratamiento.
Este metal está incorporado de forma estable en la nanopartícula, por lo que permanece en ella durante su función como agente de contraste y puede ser eliminado del organismo
Michele Cesco, primer autor del estudio e investigador del CIC Bioma Gune
Según explica el primer autor del estudio e investigador del centro vasco, Michele Cesco, el equipo ha desarrollado una nanopartícula de carbono capaz de incorporar pequeñas cantidades de manganeso de forma muy estable (por lo que no se rompen dentro del organismo) mediante un protocolo de síntesis fiable que permite obtener siempre el mismo compuesto con una calidad adecuada para el material que se prevé administrar.
“Nuestro objetivo era desarrollar un material con un bajo contenido en manganeso, integrado en un sistema capaz de proporcionar una capacidad de contraste comparable a la de los agentes utilizados en la actualidad y que, al mismo tiempo, presentara una buena biocompatibilidad”, señala el investigador. “Este metal está incorporado de forma estable en la nanopartícula, por lo que permanece en ella durante su función como agente de contraste y puede ser eliminado del organismo”, explica.
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Toxicidad del gadolinio
En especial, los pacientes que tienen enfermedades renales son los que deben tener más cautela con los compuestos basados en gadolinio, ya que la disminución de la función renal puede dificultar su eliminación a través de la orina y prolongar la permanencia de este metal pesado en el organismo, lo que aumentaría el riesgo de futuras complicaciones.
“Con el manganeso, por otro lado, pueden existir menos efectos adversos”, afirma. “En este caso, se queda unido a la nanopartícula y no se libera, es decir, que no viaja libremente por el cuerpo. Así no se producen impactos perjudiciales en la salud”, añade.
El reto es conseguir que una nanopartícula así pueda acumular suficiente metal como para proporcionar el mismo contraste que el gadolinio
Lucía Cardo, colíder del estudio e investigadora en el CIC Bioma Gune
Por su parte, Lucia Cardo, colíder del trabajo e investigadora en la misma institución, informa que la mayoría de los agentes de contraste disponibles son de gadolinio porque, químicamente, es un elemento que proporciona un contraste muy bueno durante las resonancias magnéticas.
Hoy en día, señala que existe mucho interés en sustituir este metal por otros como el manganeso o el hierro, pese a que puedan funcionar algo peor. “El reto es conseguir que una nanopartícula así pueda acumular suficiente metal como para proporcionar el mismo contraste que el gadolinio”, opina.
Además, los investigadores informan de que, entre los riesgos, no solo se encuentra la salud de las personas, sino también la de los ecosistemas. “Se han realizado estudios en los que se observan niveles elevados de gadolinio en aguas residuales cerca de hospitales”, informa la experta. “Esto plantea la posibilidad de un impacto a largo plazo en el medio ambiente, en particular, en los ecosistemas acuáticos”.
Contraste en las resonancias
La medicina busca agentes de contraste cada vez más versátiles y capaces de ser utilizados en diferentes técnicas de imagen, como la resonancia magnética o la tomografía por emisión de positrones (PET).
No obstante, el desarrollo de agentes basados en manganeso todavía presenta importantes desafíos. Uno de ellos es conseguir un rendimiento de imagen comparable al de los compuestos basados en gadolinio, a la vez que se mantiene una elevada estabilidad y seguridad.
Los agentes de contraste permiten observar las diferencias entre los tejidos
Lucía Cardo, colíder del estudio e investigadora en el CIC Bioma Gune
“Por lo general, la resonancia magnética es una técnica que detecta muchas enfermedades y que aporta un contraste muy preciso”, apunta Cardo. “Los agentes de contraste permiten observar las diferencias entre los tejidos porque se distribuyen de forma diferente en el organismo y resaltan determinadas zonas o lesiones, lo que ayuda al diagnóstico de muchas enfermedades”, informa.
En su caso, los investigadores buscaban generar, ante todo, un agente basado en manganeso que pudiera funcionar, fiable y que fuera detectado. “Esto no es para nada sencillo de conseguir”, enfatiza la experta, “tienen que ser capaces de funcionar in vivo, de acumularse y de visualizarse”.
Este fue el mayor reto del estudio, publicado en ACS Nano. Quisieron crear un agente de contraste que, sin añadirle nada más, pudiera ser visto durante los ensayos con roedores. En el futuro, apunta, el siguiente paso sería diseñarlo para que se dirigiese hacia una patología específica como un tumor o alguna otra enfermedad.
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Resultados prometedores
Estas partículas tienen un tamaño de 5 nanómetros y están formadas por carbono, con una pequeña cantidad de manganeso. A pesar de estar presente en proporciones muy bajas, este metal se queda integrado en la estructura de la nanopartícula, lo que permite aprovechar sus propiedades para generar contraste durante una resonancia magnética.
Entre los hallazgos, los investigadores vieron que su rendimiento era comparable al de agentes de gadolinio utilizados hoy en día.
Además, cuentan con propiedades fluorescentes, lo que abre la posibilidad de utilizarlas mediante otras técnicas de detección y de combinar diferentes modalidades de imagen en una misma plataforma.
Su propiedad fluorescente la podemos aprovechar como una herramienta adicional para monitorizar el recorrido de las partículas en el organismo
Michele Cesco, primer autor del estudio e investigador del CIC Bioma Gune
“Su propiedad fluorescente se puede aprovechar como una herramienta adicional para monitorizar el recorrido de las partículas en el organismo y comprobar, por ejemplo, si llegan a determinados tejidos o componentes biológicos específicos”, explica Cesco. “En este caso, la emisión se encuentra en la región azul del espectro y la hemos utilizado en estudios celulares para visualizar la localización de las nanopartículas”.
Esta investigación en roedores muestra que las nanopartículas presentan una buena eliminación del organismo y una elevada biocompatibilidad, incluso después de estudios a largo plazo. Estos resultados apoyan su potencial como una nueva generación de agentes de contraste basados en manganeso.
“El siguiente paso será explorar cómo ampliar las funcionalidades de esta plataforma e incorporar sistemas que permitan dirigir las partículas hacia tejidos o dianas biológicas específicas. A largo plazo, nos gustaría que una misma plataforma pudiera combinar diferentes modalidades de imagen e incorporar funciones terapéuticas”, concluye Cardo.
Referencia:
Cesco. M. et al. Manganese-Doped Carbon Nanodots as Next-Generation MRI and Fluorescence Imaging Agents. ACS Nano 2026.