Nanodiamantes en el cerebro

Los diamantes diminutos pueden cruzar la barrera hematoencefálica y utilizarse con fines diagnósticos y terapéuticos en el cerebro.

03.09.2019 - Alemania

El registro de imágenes del cerebro humano y su tratamiento en las enfermedades neurodegenerativas sigue siendo un reto importante en la investigación médica actual. La llamada barrera hematoencefálica, una especie de sistema de filtrado del cuerpo entre el sistema sanguíneo y el sistema nervioso central, limita el suministro de medicamentos o medios de contraste que permitirían la terapia y la adquisición de imágenes. Los científicos del Instituto Max Planck para la Investigación de Polímeros (MPI-P) han producido ahora diminutos diamantes, los llamados "nanodiamantes", que podrían servir como plataforma tanto para la terapia como para el diagnóstico de enfermedades cerebrales.

La barrera hematoencefálica es una capa límite fisiológica que funciona de manera muy selectiva y, por lo tanto, protege el cerebro: Por un lado, se evita eficazmente que los patógenos o las toxinas penetren en el cerebro; por otro, sin embargo, los mensajeros y nutrientes necesarios pueden pasar a través de ellos sin impedimentos. Esta selectividad hace difícil que los médicos examinen o traten el cerebro porque los medicamentos o los agentes de contraste para los procedimientos de imagenología no pueden superar la barrera.

Científicos dirigidos por la Dra. Jana Hedrich, la Prof. Dra. Heiko Luhmann y la Prof. Dra. Tanja Weil, en cooperación con la Universidad de Ulm y el Centro Médico Universitario de la Universidad Johannes Gutenberg de Maguncia, han investigado la idoneidad de un sistema basado en nanodiamantes como método diagnóstico y terapéutico.

Los nanodiamantes con un tamaño en el rango de una millonésima de metro tienen la ventaja de una alta biocompatibilidad: no son degradables para el cuerpo, deben ser bien tolerados y, por lo tanto, son potencialmente adecuados tanto para fines diagnósticos como terapéuticos. Para su investigación, los científicos han modificado los diamantes de dos maneras: Un recubrimiento con un biopolímero basado en la proteína más abundante de la sangre humana, la "albúmina sérica", permite que los diamantes sean absorbidos por el cerebro y posteriormente combinados con fármacos. "Los diamantes son químicamente no reactivos, lo que significa que es difícil unir moléculas de drogas", dicen Jana Hedrich y Tanja Weil. "El recubrimiento de albúmina nos permite crear un recubrimiento estable y unir casi cualquier medicamento a él."

Como una modificación adicional, un defecto fue introducido específicamente en el diamante reemplazando un átomo en el diamante, que consiste en carbono, con un átomo de nitrógeno. Además, hay un espacio vacío en el cristal directamente al lado de este átomo de nitrógeno. "Normalmente, un diamante es muy claro e idealmente impecable, por lo que la luz puede pasar fácilmente a través de él", explica Hedrich. "Al hacer cambios dirigidos a la estructura de la red, creamos defectos que nos permiten detectar el diamante usando rayos láser o tomógrafos de resonancia magnética: Por así decirlo,'brilla'". De esta manera, los investigadores también pueden utilizar el diamante con fines diagnósticos.

En su última publicación, los científicos han comprobado hasta qué punto el sistema de diamante-albúmina puede cruzar la barrera hematoencefálica tanto en el tubo de ensayo como en ratones. Pudieron probar que los diamantes fueron efectivamente transportados al cerebro sin atacar la barrera hematoencefálica en sí.

El sistema recientemente desarrollado tiene la ventaja de que se puede adaptar a la persona a tratar y, por lo tanto, puede permitir un diagnóstico y una terapia altamente individualizados. Una modificación de la superficie de los diamantes, por ejemplo, podría garantizar que sólo ciertos tipos de células del cerebro reciban medicamentos y que los tumores, por ejemplo, puedan ser tratados específicamente. Los científicos ven su sistema como un paso importante en el diagnóstico y tratamiento de enfermedades cerebrales como las enfermedades neurodegenerativas y los tumores cerebrales. Combinando diamantes luminosos con biopolímeros compatibles, han desarrollado por primera vez un sistema que combina las ventajas de una alta biocompatibilidad, una larga estabilidad, una simple combinación con varios fármacos y la detección por métodos médicos.

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