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​Investigadores del Grupo de Magnetismo de la Materia (MagMa) de la Universidad de Cantabria (UC) están trabajando en dos proyectos que aprovechan las propiedades magnéticas de los materiales para introducir mejoras en sistemas de diagnóstico y tratamiento del cáncer, entre otras aplicaciones posibles, utilizando nanotecnología. Tanto César Moreno como Elizabeth Martín presentaron sus avances más recientes en el Congreso Internacional "Nanomaterials Applied to Life Sciences" (NALS2022), celebrado del 27 al 29 de abril en Santander.

César Moreno es doctor por la Universidad Autónoma de Barcelona y se incorporó recientemente a la UC como investigador Ramón y Cajal. Su línea de investigación aborda la síntesis de nanoestructuras de grafeno, material laminar comúnmente obtenido a partir del grafito (como el de las minas de los lápices) y cuyas características de ligereza y dureza lo hacen idóneo para diversas aplicaciones nanotecnológicas. Según cuenta, "hace unos años pudimos hacer grafeno con una sola capa de átomos de carbono y con poros de tamaño nanométrico", desarrollo que fue publicado en la revista científica "Science".

El avance logrado ahora, que recoge la también prestigiosa publicación "Advanced Materials" llevándolo a su contraportada, es fruto de una colaboración con el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología y la Universidad de Santiago de Compostela-CIQUS. Consiste en un novedoso método para crear nanoestructuras de tiras de grafeno, con precisión atómica y utilizando átomos de diferente naturaleza -basados en nitrógeno además de en carbono-. Estos materiales podrían aplicarse para desalinizar agua, en células solares y también para fabricar biosensores avanzados que permitan detectar cáncer en estadios precoces. "La precisión se traduce en tiempo y en poder aplicar una terapia en estados iniciales, lo cual es clave en el cáncer", señala Moreno.

Es la misma tecnología que se aplica en el proyecto europeo LEGOCHIP, liderado por el científico y orientado a la detección temprana del cáncer de piel con una plataforma basada en grafeno y dispositivos nanofotónicos.

Equipamiento avanzado

Para todo ello se utiliza un equipamiento científico muy concreto que acaba de instalarse en la Facultad de Ciencias de la UC gracias a una donación de la Universidad de Zaragoza, y que pronto estará operativo: se trata de un microscopio de efecto túnel que reproduce condiciones de ultra alto vacío (las que se dan en el Universo), "muy importantes a la hora de sintetizar estos materiales". César Moreno explica que "cualquier tipo de impureza puede parar la reacción y entonces ya no sería atómicamente perfecta; habría defectos y las propiedades no serían las mismas".

En este microscopio se colocan una especie de "piezas de lego", moléculas que, al calentarse, se van ordenando de una determinada manera y los investigadores pueden comprobar si las estructuras que se forman son las previstas. "Con este tipo de equipos nacen la nanociencia y la nanotecnología -explica Moreno-, porque permiten mover átomo a átomo la materia y poder estudiarla". Existen muy pocos microscopios similares en España y en el mundo solo los tienen, además de varios países europeos, Estados Unidos, Japón, Corea y Australia. Contar con este equipamiento "te pone en el mapa y en la posición de optar a proyectos competitivos".

Con esta línea de trabajo, "estamos combinando la ciencia más básica -en este caso la nanotecnología, ver la materia a escala atómica- y la aplicada: implementarlo en un biosensor fotónico para analizar muestras clínicas reales", resume César Moreno. Su equipo tiene otra colaboración con un grupo de la Universidad de Manchester en la que se utiliza esta tecnología para filtrar la sangre, separando de las muchas sustancias presentes en el plasma las que específicamente se dan en el melanoma.

Guiando bacterias

La investigación que desarrollan Elizabeth Martín Jefremovas y Javier Alonso Masa en el Grupo MagMa, en colaboración con la Universidad del País Vasco (UPV-EHU), es diferente pero también tiene aplicación en cáncer, en este caso en su tratamiento. "Trabajamos con las bacterias magnetotácticas, que se pueden alinear y guiar aplicando un campo magnético", cuenta Jefremovas. Estas bacterias biocompatibles que sintetizan magnetosomas (nanopartículas magnéticas) se están intentando emplear, a modo de nanorrobots, para el transporte guiado de fármacos y también para la eliminación de células cancerígenas a través de una técnica llamada hipertermia magnética.

Según explica la científica, "hemos potenciado las posibilidades de estas bacterias introduciéndoles unos iones magnéticos de Tierras Raras, concretamente gadolinio y terbio". Se trata de elementos químicos de la tabla periódica con un momento angular muy grande y propiedades interesantes -luminiscentes en el caso del terbio- que ya se utilizan en biomedicina. "Hoy en día, en las pruebas de resonancia magnética nuclear, donde en ocasiones es necesario utilizar el gadolinio como agente de contraste, una oportunidad que podrían ofrecer estas bacterias sería la de ser inyectadas en zonas menos dolorosas para, posteriormente, guiarlas hacia las regiones de interés".

El objetivo de la investigación de la UC y la UPV-EHU es "conseguir tener en una misma bacteria un agente que pueda tanto tratar cáncer como otros propósitos", entre los que Elizabeth Martín Jefremovas menciona la anteriormente citada imagen de diagnóstico o marcador bioluminiscente, como es el caso del terbio. En el caso de las bacterias dopadas con gadolinio, han estudiado cómo es su respuesta ante los diferentes contrastes y "efectivamente, los estudios preliminares apuntan a que podrían ser una alternativa".

La presentación que Elizabeth Martín Jefremovas realizó de estos estudios en el Congreso Internacional NALS2022 fue premiada como "mejor comunicación oral" del encuentro. El trabajo será además portada principal del número 12 de la revista "Nanoscale Advances".

Grupo MagMa

Estos resultados científicos corroboran el alto nivel de internacionalización del Grupo de Magnetismo, dirigido por el profesor Luis Fernández Barquín y perteneciente al Departamento de Ciencias de la Tierra y Física de la Materia Condensada de la UC, y su intensa colaboración grupos de investigación nacionales y extranjeros.

Referencias:

María Tenorio, César Moreno, Pol Febrer, Jesús Castro-Esteban, Pablo Ordejón, Diego Peña, Miguel Pruneda, Aitor Mugarza, "Atomically Sharp Lateral Superlattice Heterojunctions Built-In Nitrogen-Doped Nanoporous Graphene". Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202110099.

Modifying the magnetic response of magnetotactic bacteria: incorporation of Gd and Tb ions into the magnetosome structure, E M Jefremovas y col, Nanoscale Advances, 2022.

PIE DE FOTO: Elizabeth Martín Jefremovas y César Moreno, junto al microscopio de efecto túnel, en la Facultad de Ciencias UC. / Imagen creada por Jefremovas que será portada de la revista "Nanoscale Advances". / Elizabeth Martín Jefremovas presentando su trabajo en el congreso NALS2022. / Elizabeth Martín, en el laboratorio. / César Moreno, con un modelo 3D de las nanoestructuras de grafeno.