Elementos comunes con propiedades especiales para la biomedicina

El silicio y el oxígeno son esenciales para la vida humana. Su interacción ofrece la posibilidad de contribuir a avances en aspectos importantes del bienestar de la humanidad.

El proyecto «Fotosíntesis basada en el nano-silicio para aplicaciones químicas y biomédicas» (Psy-nano-si) ha estudiado el silicio y el oxígeno, dos de los elementos más comunes de la Tierra. El equipo, financiado por la UE, trató de examinar un nuevo tipo de interacción entre los elementos y de abordar aspectos relevantes de los ámbitos de la biología, la química, la medicina y la física. El principal eje de trabajo giraba en torno a los descubrimientos de carácter fundamental hechos por miembros del consorcio y relacionados con la generación de oxígeno singlete por medio del nano-silicio (Si) y su biodegradabilidad.

Los investigadores querían descubrir las posibles aplicaciones de las partículas de silicio poroso que contienen nanocristales de Si luminiscentes (partículas de nano-silicio) como generadores eficaces de moléculas de oxígeno singlete (1O2). El proyecto tenía por objetivo desarrollar materiales biocompatibles y respetuosos con el medio ambiente, así como prototipos de sistemas capaces de competir con los fotosensibilizadores (PS) existentes en las aplicaciones fotoquímicas, biológicas y médicas.

Los investigadores de Psy-nano-si descubrieron que es posible producir determinadas partículas de nano-silicio en grandes cantidades. La escala del proceso para la producción de partículas fotoactivas por medio de la aplicación de la técnica de ataque de manchas (stain-etching) directa sobre polvos de Si cristalino se puede ajustar fácilmente a los requisitos de los sistemas de producción industriales, como también se puede adaptar la escala del equipamiento desarrollado durante el proyecto.

Si bien las partículas de nano-silicio contienen impurezas tóxicas tras el proceso de ataque de manchas y por tanto no resultan apropiadas para ser utilizadas directamente en aplicaciones biomédicas, se demostró la eficacia de un procedimiento de limpieza para eliminar las sustancias dañinas. Dicho procedimiento hizo que las partículas purificadas fuesen aceptables para aplicaciones biomédicas.

La superficie del nano-silicio se modificó de forma que se convirtió en hidrófila y estable ante la erosión bajo determinadas circunstancias. Los trabajos experimentales dieron como resultado superficies de nano-silicio modificadas que formaban una capa protectora específica, que permitía la interacción eficaz entre nanocristales de Si y oxígeno molecular en estado de excitación. Esto sirve como base para la actividad fotosensible.

En la terapia fotodinámica (TFD) de tumores, se administra un fotosensibilizador a los pacientes y a continuación se irradia la masa tumoral con una fuente de luz de longitud de onda apropiada. Aunque se corre el riesgo de que la oxidación provoque daños, se ha demostrado que los efectos indirectos contribuyen realmente a la aniquilación de los tumores. Actualmente ya se utiliza una serie de fotosensibilizadores (PS) en la praxis clínica. Los miembros del proyecto desarrollaron el primer fotosensibilizador para TFD en estado sólido. Se trata de un polvo formado por partículas de nano-silicio cuyas dimensiones se hallan en el orden de micrómetros o incluso por debajo, capaz de producir oxígeno singlete.

Hasta su finalización, el proyecto Psy-nano-si desarrolló software y protocolos de conexión vía Internet, proporcionó medidas de protección antirrobo y puso a prueba el servidor central y su puesta en marcha en línea.

En líneas generales, el proyecto identificó las condiciones que el nano-silicio presenta en las actividades fotocitotóxicas in vitro y en las aplicaciones de TFD in vivo. En estos momentos, dichas condiciones distan mucho de satisfacer los criterios establecidos para la autorización de los fármacos para TFD.
El trabajo llevado a cabo hizo posible que los investigadores concibiesen métodos de producción escalable de materiales de nano-silicio basados en el silicio poroso, como un nuevo tipo de fotosensibilizadores sólidos y agentes portadores de fármacos. Los resultados del proyecto han mostrado cuál es el camino de cara a la ulterior investigación de las posibilidades de transformación de las superficies de nano-silicio y las capacidades de la fotosensibilización para su empleo en aplicaciones prácticas.

Fuente: Cordis