Para diagnosticar y tratar con precisión las enfermedades, los médicos e investigadores necesitan ver el interior de los cuerpos. Las herramientas de imagen médica han avanzado mucho desde los humildes rayos X, pero la mayoría de las herramientas existentes siguen siendo demasiado toscas para cuantificar el número o los tipos específicos de células dentro de los tejidos profundos del cuerpo. 

Sin embargo, una nueva tecnología parece haber surgido para superar todas estas barreras: los Puntos Cuánticos. Una nueva investigación de la Universidad de Illinois, muestra cómo los puntos cuánticos permiten una mejor cuantificación y caracterización de las células presentes en el tejido adiposo y su distribución espacial.  

“Con los puntos cuánticos podríamos ser capaces de medir cosas en el cuerpo que son muy dinámicas y complicadas y que actualmente no podemos ver. Nos dan la posibilidad de contar las células, detectar su ubicación exacta y observar cambios a lo largo del tiempo. Creo que estamos ante un gran avance”, afirma Andrew Smith, profesor del Departamento de Bioingeniería de la Universidad de Illinois y coautor del estudio. 

Los puntos cuánticos son nanopartículas cultivadas en laboratorio, con propiedades ópticas especiales detectables con microscopía estándar, tomografía e imágenes de fluorescencia. Dependiendo de su tamaño y composición, los bioingenieros como Smith pueden hacerlos brillar en colores específicos y emitir luz en el espectro infrarrojo. 

“Emitir luz en el infrarrojo es raro. Los tejidos emiten muy poca luz en el infrarrojo, por lo que si los colocan en el cuerpo, parecen muy brillantes. Podemos ver en profundidad dentro del cuerpo y podemos medir cosas con más precisión de lo que podríamos hacer con las tecnologías en el rango visible”, explica Smith. 

Los investigadores se propusieron a evaluar el uso de puntos cuánticos en unas células especializadas en la detección y destrucción de bacterias y otros organismos dañinos: los  macrófagos. Cuando nuestro cuerpo necesita engullir agentes patógenos o limpiar los desechos celulares, los macrófagos se ponen a trabajar. Uno de sus trabajos es iniciar la inflamación, haciendo que el entorno sea inhóspito para los microbios dañinos. Pero a veces hacen ese trabajo demasiado bien. Dependiendo del tejido en el que se encuentren, la inflamación crónica debida a la actividad de los macrófagos puede provocar diabetes, problemas cardiovasculares, cánceres, etc.

“Con el aumento de peso y la obesidad, se sabe que el número de macrófagos aumenta en el tejido adiposo y tiende a cambiar hacia un fenotipo inflamatorio, lo que contribuye al desarrollo de la resistencia a la insulina y el síndrome metabólico. El número y la ubicación de los macrófagos en el tejido adiposo están mal descritos, sobre todo in vivo. Los puntos cuánticos que desarrolló nuestro grupo permiten una mejor cuantificación y caracterización de las células presentes en el tejido adiposo y su distribución espacial”, detalla Kelly Swanson, catedrática de nutrición humana de la empresa Kraft Heinz en el Departamento de Ciencias Animales de la U de I y coautora del estudio.

El equipo creó puntos cuánticos recubiertos de dextrano, una molécula de azúcar que también se dirige a los macrófagos del tejido adiposo. Como prueba de concepto, inyectaron estos puntos cuánticos en ratones obesos y compararon los resultados de las imágenes con los del dextrano solo, la norma actual para obtener imágenes de los macrófagos.

Los puntos cuánticos superaron al dextrano solo en todas las plataformas de obtención de imágenes, incluidas las técnicas ópticas simples.

“Los puntos cuánticos emiten una gran cantidad de luz, lo que nos permite medir tipos de células específicas en mayor medida e identificar dónde se encuentran. Ese grado de emisión de luz permite utilizar técnicas ópticas, que son mucho más accesibles que otras tecnologías de imagen. En comparación con los escáneres de resonancia magnética y de PET, son instrumentos baratos que pueden colocarse en una clínica pequeña. Todo el mundo podría tener uno”, confirma Smith. 

Puntos cuánticos en humanos

Aunque los puntos cuánticos aún no se han utilizado en humanos, los investigadores ven un futuro en el que una tecnología óptica sencilla como los ultrasonidos podría utilizarse para diagnosticar y rastrear de forma no invasiva los macrófagos inflamatorios en pacientes con sobrepeso.

“Podría haber un dispositivo como una ecografía en la que se escanee a alguien y, aunque el peso del paciente no haya cambiado, el médico podría saber si los tipos de células están cambiando. Un mayor número de células inflamatorias podría predecir la resistencia a la insulina y otros problemas. Por eso me interesa, por sus propiedades de diagnóstico”, detalla Swanson. 

Los puntos cuánticos no se utilizan en humanos porque suelen estar fabricados con metales pesados como el cadmio y el mercurio, y los científicos aún no han averiguado cómo se metabolizan y eliminan del organismo. Smith y su equipo están trabajando en puntos cuánticos fabricados con elementos más seguros, pero hasta entonces siguen siendo una herramienta de investigación inestimable. Por ejemplo, su largo tiempo de circulación (nueve veces mayor que el del dextrano en el estudio actual) podría dar a los diagnosticadores una forma de ir más allá de una instantánea en el tiempo.

“Los puntos cuánticos ofrecen un enorme valor en los estudios con animales. Así que incluso si los puntos cuánticos no llegan a los humanos, si nunca encontramos una manera de hacerlos no tóxicos, el valor sigue siendo realmente grande”, concluye Smith. 

Los resultados de la investigación fueron publicados recientemente en ACS NANO. 

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