Una investigación de los grupos de Física y Cristalografía de Materiales y Nanomateriales (FiCMA-FiCNA) de la URV evidencia que el grafeno y sus derivados son los agentes fototérmicos -vmateriales que convierten luz láser en calor- más eficientes que existen. Según la investigación, el grafeno y sus derivados se pueden utilizar de forma muy efectiva para el tratamiento de tumores cancerígenos.

Foto de Portada: de izquierda a derecha: Oleksandr Savchuk, Jaume Massons, Magdalena Aguiló, Joan J. Carvajal y Francesc Díaz con el dispositivo que ha permitido medir la eficiencia de conversión fototérmica del grafeno.

Entre las propiedades del grafeno está la de la conversión fototérmica: al iluminarse con un haz de luz láser, el grafeno genera calor. Esta propiedad tiene mucho interés para tratar tumores cancerígenos de una forma muy poco invasiva. Utilizando dosis muy bajas del material y una potencia de iluminación láser también muy reducida, lo cual representa un adelanto en la seguridad con la que se realizan estos tratamientos también se consiguen reducir los costes.

El tratamiento consiste en inyectar dentro del tumor que se quiere tratar una dispersión de un derivado del grafeno, llamado óxido de grafeno, en suero fisiológico. Posteriormente se ilumina con un láser de luz infrarroja, puesto que esta luz tiene una penetración más elevada en los tejidos biológicos ya que es menos absorbida que la luz visible y el calor que genera el óxido de grafeno al ser iluminado con el láser elimina las células tumorales, reduciendo en pocos días la medida del tumor hasta que se elimina completamente. Este tratamiento se ha probado de forma satisfactoria, de momento, en ratones.

Controlar al temperatura

La principal limitación que presenta este tratamiento reside en controlar la temperatura que se logra en el interior del tumor para que el calor generado no destruya también las células sanas. Esta generación de calor depende tanto de la potencia del láser con el que se ilumina el tumor, como de la cantidad de óxido de grafeno que se ha inyectado. Por eso, es crucial el trabajo que ha llevado a cabo el grupo de investigadores de la URV: determinar la eficiencia de conversión fototérmica del grafeno y sus derivados para poder predecir, de forma precisa, la cantidad de calor que se puede generar en cada caso.

La principal contribución del grupo de investigadores de los grupos de Física y Cristalografía de Materiales y Nanomateriales (FiCMA-FiCNA) de la URV, formado por Oleksandr Savchuk, Joan J. Carvajal, Jaume Massons, Magdalena Aguiló y Francesc Díaz, ha sido desarrollar un nuevo método para determinar, por primera vez, esta eficiencia de conversión fototérmica -la capacidad de transformar luz en calor- de una forma rápida y sencilla.

El método consiste en hacer un balance entre la potencia con la que se ilumina la muestra de grafeno y la potencia calorífica que se genera dentro de una esfera con la superficie interior reflejada, de forma que se asegura que toda la luz que se ha introducido a la esfera llega a la muestra objeto de estudio. Este método representa una mejora muy significativa respecto a los métodos que se habían utilizado hasta ahora para determinar esta eficiencia de conversión fototérmica (a pesar de que nunca se había llegado a determinar la del grafeno o la de sus derivados), que implicaban conocer, a priori, algunas propiedades físicas del material de estudio como su coeficiente de transferencia de calor y su capacidad de absorción de luz, así como el calor y la masa específicas de cada elemento del sistema. El método desarrollado por los investigadores de la URV simplifica la determinación de esta importante propiedad, que no sólo es válido para estudiar el grafeno, sino que es también válido para determinar la eficiencia de conversión fototérmica de otros agentes fototérmicos.

Grafeno agente fototérmico más eficiente conocido

Los resultados, publicados en la revista Carbon (http://dx.doi.org/10.1016/j.carbon.2016.02.075), muestran que el grafeno y sus derivados son los agentes fototérmicos más eficientes que se conocen en la actualidad, el que implica que el tratamiento de los tumores se puede hacer con una dosis de óxido de grafeno muy baja, y con una potencia de iluminación láser también muy reducida. Esto representa un adelanto considerable en la seguridad con la que se realizan estos tratamientos, y además a un coste más reducido que los que se venían efectuando hasta ahora utilizando, por ejemplo, con nanopartículas de oro. Estas ventajas allanan el camino para que en un futuro próximo estas terapias se puedan estudiar en humanos.