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La UMU investiga los efectos de nanopartículas metálicas en la terapia del cáncer mediante haces de iones

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Dos miembros del grupo de investigación de excelencia Materia Condensada de la Universidad de Murcia (UMU) comienzan a estudiar los mecanismos físico-químicos responsables de la mejora de una nueva terapia contra el cáncer: la hadronterapia

La UMU investiga los efectos de nanopartículas metálicas en la terapia del cáncer mediante haces de iones

Los resultados de este proyecto europeo, que lidera desde el 1 de noviembre Pablo de Vera, investigador Juan de la Cierva de la UMU, podrían influir en futuras mejoras de los tratamientos contra el cáncer. También colabora en su desarrollo el catedrático Rafael Garcia-Molina del Centro de Investigación en Óptica y Nanofísica (CIOyN) de la UMU.

En el proyecto NanoEnHanCeMent estudiarán a nivel atómico-molecular cómo los iones energéticos usados en hadronterapia depositan su energía en presencia de nanopartículas metálicas. Investigarán, mediante simulaciones por ordenador, cómo arrancan electrones de sus átomos y producen radicales libres, especies capaces de destruir las células tumorales.

"Las nanopartículas se investigan desde hace años como agentes para sensibilizar las células tumorales durante la radioterapia convencional con rayos X. Al recubrirse con moléculas orgánicas que reconocen las células cancerígenas, las nanopartículas acceden fácilmente a ellas y aumentan el poder terapéutico del tratamiento", señala Pablo de Vera. "Los mecanismos responsables de este efecto con rayos X son más conocidos, sin embargo, en el caso la hadronterapia estos no se entienden bien aún", concluye.

Hadronterapia: terapia del cáncer mediante haces de iones

En las últimas décadas se viene implantando en muchos países esta nueva versión de radioterapia que utiliza haces de iones (protones y carbono) con energía suficiente para penetrar decenas de centímetros en tejido humano. Hacia el final de sus trayectorias, los iones pierden una gran cantidad de energía, dando lugar al llamado "pico de Bragg", donde se maximiza el dañado biológico con el fin de destruir las células malignas.

Controlando la energía inicial de los iones se puede ajustar la posición del pico de Bragg exactamente en el tumor, minimizando los efectos secundarios en los tejidos sanos circundantes. Este avance es de gran importancia para tumores cerca de áreas sensibles como el cerebro, o en pacientes pediátricos.

Nanopartículas metálicas en radioterapia

En la terapia convencional, los rayos X pueden arrancar electrones de las capas internas de los átomos de las nanopartículas, iniciando la emisión de una cascada de electrones que dañan gravemente las células cancerígenas.

Este efecto es diferente en la hadronterapia. Los iones energéticos no pueden arrancar electrones de las capas atómicas internas con facilidad, por lo que generan muchos menos electrones. Sin embargo, múltiples experimentos demuestran que las nanopartículas también amplifican enormemente el efecto de los haces de iones. Cabe entonces preguntarse el porqué. Algunos estudios apuntan a la emisión de electrones secundarios por la excitación de las superficies, muy importantes en las nanopartículas.

La ciencia básica al rescate

NanoEnHanCeMent, financiado por la Comisión Europea con 171,473.28€, pretende aunar la experiencia de varios investigadores para desentrañar este misterio desde la física y la química fundamental. Por un lado, el profesor de la UMU Rafael Garcia-Molina y su equipo, con la colaboración de Pablo de Vera, llevan años desarrollando el programa de simulación Montecarlo SEICS (simulación de iones energéticos y clusters en sólidos) para entender cómo los iones viajan y depositan su energía a través de los biomateriales.

En colaboración con el grupo del profesor Maurizio Dapor, del Centro Europeo de Estudios Teóricos en Física Nuclear y Áreas Relacionadas (ECT*, Trento), al que Pablo de Vera se incorporará como Marie Curie Individual Fellow, han investigado recientemente cómo los electrones secundarios generados por los iones pueden dañar el tejido biológico mediante el programa de Montecarlo SEED (depósito de energía por electrones secundarios).

A esta investigación se suman los profesores Simone Taioli, del ECT*, y Emanuele Scifoni, colaborador del centro de protonterapia de Trento. Este equipo utilizará métodos de química computacional y simulación Montecarlo para entender cómo se producen las excitaciones electrónicas en nanopartículas por el impacto de iones.

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