Ceramic Materials for Cancer Treatment by Magnetic Hyperthermia

Rosalina Lara Rico*, Elia Martha Múzquiz Ramos, Lucero Rosales Marines
Posgrado en Ciencia y Tecnología de Materiales. Universidad Autónoma de Coahuila. Boulevard Venustiano Carranza. C.P. 25280 Saltillo Coahuila, México. Tel. 4169213 *Autor de Correspondencia: rosalina_lara@uadec.edu.mx

 

Resumen

Los materiales cerámicos son de gran importancia en el área de la salud, se han empleado desde la antigüedad como implantes dentales y hasta la fecha son el material más utilizado en las prótesis de ciertas partes del cuerpo. Actualmente se estudia el uso de materiales cerámicos como materiales biocompatibles por la baja toxicidad que presentan en contacto con los tejidos del cuerpo. Se hace uso de materiales cerámicos con propiedades superparamagnéticas para el tratamiento del cáncer, mediante la administración en forma de microesferas que, al ser sometidas a un campo magnético externo generan calor, y cuando son implantadas dentro del torrente sanguíneo y atrapadas en el tumor, la irradiación es focalizada, asegurando la destrucción o daño al tumor cancerígeno sin afectar los tejidos vecinos en un proceso conocido como hipertermia magnética. El objetivo de este documento es presentar los estudios que se han realizado acerca de los materiales cerámicos con aplicaciones en la salud, para conocer el uso de este tipo de materiales específicamente en el tratamiento del cáncer, con lo que se busca conocer la necesidad de desarrollar nuevos materiales para la cura de esta enfermedad.

Palabras Clave: Cáncer, Hipertermia, Materiales Cerámicos, Superparamagnetismo.

Abstract

Ceramic materials are very important in health area, they have been employed since the antiquity as dental implants and now, they are the main materials in certain parts of body prosthesis. Currently, the use of ceramic as biocompatible materials, are studied due to their low toxicity when are in body tissues contact. Ceramic materials with superparamagnetic properties have been used for cancer treatment. When microspheres are exposed to an external magnetic field generate heat, and when they are implanted into the bloodstream and trapped into the tumor, irradiation is focused, ensuring the destruction or damage of the cancerous tumor without affecting nearby tissues in a process known as magnetic hyperthermia. The aim of this work is to show the studies related with ceramic materials in health applications, specifically in their use in cancer treatment in order to know the needs in the development of new materials for the cure of this disease.
Keywords: Cancer, Ceramic Materials, Hyperthermia, Superparamagnetic.

INTRODUCCIÓN
En los últimos años la investigación biomédica se ha centrado en la ciencia de los materiales con la finalidad de utilizarlos para el cuidado de la salud, lo que se conoce como “biomateriales”. Se pueden clasificar como materiales implantables aquellos que deben estar en contacto con tejidos vivos para conseguir una interacción biológica adecuada.

En el año de 1976 la sociedad Europea de Biomateriales dio a conocer por primera vez la definición para un biomaterial, como un material no viable empleado en dispositivos médicos, destinados a interactuar con sistemas biológicos, sin embargo, la definición que se le atribuye actualmente es la de un material capaz de interactuar con los sistemas biológicos para evaluar, tratar, aumentar o reemplazar cualquier tejido, órgano o función del cuerpo (Vallet y col., 2011).

Una de las características principales de un material para poder ser llamado biomaterial es su biocompatibilidad, la cual es resultado directo de su composición química, siendo los más biocompatibles aquellos que contiene iones que se encuentran comúnmente en el entorno fisiológico tal como Ca2+, K+, Mg2+, Na+ y otros iones que muestran baja toxicidad a los tejidos del cuerpo como Al3+ y Ti2+ (Wang, 2003).

Dentro de los biomateriales destacan los materiales cerámicos que son útiles para la reparación del esqueleto y la reconstrucción de huesos, lo que brinda una mejor calidad de vida. Las enfermedades óseas presentan un problema grave que afecta directamente la salud de los enfermos, en especial la de las personas de la tercera edad. En la mayoría de los casos, el tratamiento de defectos óseos requiere un injerto. Por ello se ha investigado el desarrollo de materiales cerámicos para sustitución ósea que no dañen los tejidos sanos, y que a su vez no supongan ningún riesgo viral o bacteriano a los pacientes (Kokubo y col., 2003).

La evolución de los materiales en los últimos 50 años ha sido asombrosa. Se ha pasado de utilizar materiales inertes para sustitución de tejidos vivos, al diseño de materiales bioactivos y biodegradables para reparación de los mismos. Esta evolución ha sido muy rápida en el tiempo y ha cambiado conceptos ya establecidos.

En la actualidad las tendencias en biomateriales cerámicos están centradas fundamentalmente en el diseño y fabricación de matrices para medicina regenerativa, sistemas de liberación controlada de fármacos, sistemas de cultivo y validación, producción de ortobiológicos y aplicaciones biónicas.

Los biomateriales de primera generación están diseñados para interactuar con el mundo biológico sustituyendo un tejido dañando, los de segunda generación son aquellos con los cuales se busca reparar tejidos dañados sin la necesidad de sustituir por completo algún órgano u/o tejido, mientras que los biomateriales de tercera generación, están diseñados teniendo en cuenta que van a estar en contacto con tejidos vivos, y que las propiedades de superficie de dichos materiales son fundamentales para una respuesta positiva cuando ocurra este contacto. Algunas cerámicas tales como las mesoporosas de sílice, forman parte de las biocerámicas que se pueden utilizar para la fabricación de implantes, dada su biocompatibilidad y bioactividad, y también pueden ser empleados en sistemas de liberación controlada de especies biológicamente activas, entre las que se encuentran los fármacos (Vallet, 2014), como antibióticos (Barrera y col, 2011) y desde 1999 para tratamiento del cáncer (Kuznetsov y col., 1999).

Una de las aplicaciones más novedosas de los biocerámicos es el tratamiento del cáncer, ya que la hipertermia, como se explicará más delante, puede ser inducida usando nanopartículas magnéticas en un tratamiento conocido como hipertermia magnética. Las nanoesferas se introducen en el cuerpo en la región circundante del tumor cancerígeno, para después calentarse mediante la aplicación de un campo magnético externo. Las dimensiones de las nanopartículas usadas para hipertermia no debe ser superior a 100 nm (Doaga y col., 2013).

Las cerámicas se definen como materiales inorgánicos no metálicos, típicamente cristalinos, que se encuentran en la naturaleza y que se forman por la unión de compuestos metálicos y no metálicos. Para considerar que un material es biocerámico, éste debe de cumplir ciertos criterios como la no-toxicidad, biocompatibilidad y bioactividad. Por ello se pueden clasificar en tres diferentes categorías dependiendo de la interacción que presente con el tejido vivo: Bioinertes, son materiales que no interaccionan con los sistemas biológicos. Los materiales bioactivos; que pueden interactuar superficialmente con tejidos vecinos y son durables y biodegradables; que son materiales solubles y reabsorbibles (Márquez y col., 2005).

Durante los últimos años se ha tenido un gran avance en el desarrollo de materiales cerámicos con fines médicos, principalmente para la reconstrucción de huesos. Estos materiales se conocen como “biocerámicos”. Dentro de la biocerámica se tienen diferentes aplicaciones que pueden ser usadas en todo el cuerpo, dependiendo del material biocerámico utilizado y de su interacción con el tejido huésped.

La cerámica se ha utilizado como biomaterial durante milenios, en 1972 Amadeo Bobbio descubrió cráneos mayas que tenían más de 4000 años de antigüedad, en la que los dientes perdidos habían sido reemplazados por sustitutos de nácar (Bobbio A., 1972). En la práctica clínica, la implantación controlada de biocerámica comenzó a finales del siglo XVIII con implantes de piezas dentales usando porcelana para coronas y a finales del siglo XIX en ortopedia con el uso de yeso de parís. El fosfato tricálcico (TCP) fue propuesto por primera vez en 1920 como una sustancia bioabsorbible para llenar las lagunas óseas. Sin embargo, el TCP y el yeso son cerámicas débiles, incapaces de sostener la carga del cuerpo. La necesidad de desarrollar una cerámica resistente y fuerte no se cumplió hasta antes de 1965, cuando la primera alúmina se utilizara como implante para la articulación de cadera (Chevalier y col., 2009).

La década de 1960 y años posteriores, se conoce como la época más importante en el desarrollo de la biocerámica, donde se lograron grandes avances en el conocimiento y tecnología de este tipo de materiales.

Se comenzó con el bioglass en 1967 durante la época de la guerra de Vietnam, donde se observó que las heridas sufridas durante la guerra terminaban con amputaciones de ciertas partes del cuerpo, por ello surgió la necesidad de desarrollar un material capaz de ayudar en la reparación de los tejidos mediante la formación de un enlace directo, en lugar de tejido cicatrizal. Se proporcionaron nuevos conocimientos sobre el comportamiento fundamental de los materiales bioactivos implantados, donde se definieron dos clases de materiales bioactivos (A y B) que se caracterizan por la regeneración de hueso y la reparación. Los materiales de clase A son los que conducen a la osteoconducción (el crecimiento del hueso a lo largo de la interfaz hueso-implante) y la osteoproducción como resultado de las reacciones rápidas sobre la superficie del implante. La bioactividad de tipo B se produce cuando solo se presenta la osteoconducción (Best y col., 2008).
En 1982 en Japón, Kokubo desarrolló un nuevo material vitrocerámico e informó la producción y el comportamiento de la vitrocerámica-AW (Apatita-Wollastonita). Este material se convirtió en una de las cerámicas cristalinas más estudiadas para su uso como sustituto óseo (Kokubo y col., 1982).

Conforme avanzó la investigación fue posible obtener un material compuesto denso y homogéneo después de aplicar un cierto tratamiento térmico, por lo que el material fue ideal para aplicaciones como prótesis vertebrales y reemplazo de cresta iliaca, donde se combinó la alta bioactividad con las propiedades mecánicas adecuadas (Best y col., 2008).

Tabla 1. Algunos materiales cerámicos en el área de la salud.

El objetivo de este documento es presentar los estudios que se han realizado acerca de los materiales cerámicos con aplicaciones en la salud, para conocer las aplicaciones de este tipo de materiales específicamente en el tratamiento del cáncer, con lo que se busca conocer las tendencias en el desarrollo de nuevos materiales para la cura de esta enfermedad.

BIOCERÁMICOS EMPLEADOS PARA TRATAMIENTO DEL CÁNCER
Los materiales biocerámicos pueden ser diseñados por diferentes métodos químicos para cumplir una necesidad específica. Para el tratamiento de una enfermedad cancerosa se puede hacer uso de los materiales biocerámicos magnéticos, que son sintetizados para proporcionar un tratamiento local de las células tumorales (Vallet y col., 2011).

Los óxidos metálicos en forma de nanopartículas como por ejemplo los óxidos de hierro presentan momentos magnéticos suficientemente altos, gran estabilidad química en condiciones fisiológicas y una baja toxicidad lo que los hace adecuado en aplicaciones biomédicas (Múzquiz y col., 2015).

Las nanopartículas con encapsulación de fármacos contra el cáncer, protegen la integridad de los medicamentos durante su transporte a través del torrente sanguíneo, además pueden proteger a los tejidos que estén sanos de la toxicidad de los fármacos administrados. La liberación controlada de fármacos basados en biocerámicos, minimiza la alta concentración de los medicamentos para lograr su eficiencia, es decir se administran en menor cantidad. La hidroxiapatita (HAP, Ca10(PO4)6(OH)2) presenta una alta afinidad a los medicamentos de quimioterapia y antígenos. La hidroxiapatita magnética con adición de hierro se pueden emplear como semillas térmicas para la terapia de hipertermia (Ching y col., 2014).

Cáncer
Una de las enfermedades más comunes en la actualidad es el cáncer, que representa un gran problema de salud pública y se destaca de las demás enfermedades debido a que hasta hoy en día no se ha podido conseguir un tratamiento eficaz que pueda erradicarlo (Solidoro y col., 2006). El cáncer es la enfermedad crónico-degenerativa a nivel mundial de mayor incidencia entre los adultos, en comparación con los niños y jóvenes, y es un padecimiento que no hace distinción de razas, nivel socioeconómico o sexo, aunque se observa una diferencia en los tipos de cáncer que afectan a hombres y mujeres. Al respecto, la Organización Mundial de la Salud (OMS) identifica que a nivel mundial en 2015, los tumores malignos de pulmón, próstata colorrectal, estómago e hígado son los más comunes entre los varones, mientras que en las mujeres son los de mama, colorrectal, pulmón, cuello del útero y estómago (OMS, 2014 y 2015a). En México, datos del Instituto Nacional de Estadística y Geografía (INEGI) revelaron que en 2013, el cáncer de órganos hematopoyéticos es la principal causa de morbilidad hospitalaria por tumores malignos en población de 0 a 19 años (62% en las mujeres y 58.7% en los hombres). En México también, a partir del año 2006, el cáncer de mama desplaza al cáncer cérvico uterino para ubicarse como la primera causa de muerte por cáncer en la mujer. Anualmente se estima una ocurrencia de 20,444 casos en mujeres, con una incidencia de 35.4 casos por 100,000 mujeres. En el año 2013, se registraron 5,405 defunciones en mujeres con una tasa de 16.3 defunciones por 100,000 mujeres. Las entidades con mayor mortalidad por cáncer de mama son Coahuila (24.2), Sonora (22.6) y Nuevo León 22.4 (Secretaría de Salud, 2016).

Dentro de los tratamientos alternativos en oncología está la hipertermia, la cual es considerada como una forma artificial de incrementar la temperatura del tumor destruyendo las células cancerosas, con la ventaja de no dañar las células sanas, esto debido a que los tejidos tumorales son más sensibles al calor por su bajo flujo sanguíneo (Chicheł y col., 2005b). Cuando la temperatura alcanza valores de 50°C, ocurre necrósis celular, en un tratamiento conocido como termoablación (Kim y col, 2005a, Kumar y col., 2011).
Hipertermia

En términos médicos, hipertermia se refiere al tratamiento de enfermedades cancerígenas mediante la administración de calor, también se le conoce como terapia térmica. El objetivo principal de esta terapia es mejorar los resultados de los tratamientos convencionales empleados para combatir el cáncer.

La hipertermia es un procedimiento terapéutico empleado para elevar la temperatura de una región focalizada dentro del cuerpo que ha sido afectada por el cáncer, se aplica en combinación con otros tratamientos como la radioterapia y la quimioterapia. Este tratamiento se basa en la destrucción directa de las células tumorales a temperaturas superiores de la temperatura corporal (36-37°C). La efectividad de este tipo de tratamientos se ve afectada por factores microambientales como el pH. La hipertermia es un método aplicable para tumores menores de 5 cm de diámetro, y que se pueden implantar fácilmente en lugares del cuerpo como la cabeza, cuello, próstata, entre otras partes (Wust y col., 2002).

La hipertermia actúa de modo sinérgico cuando se combina con radiación o fármacos a temperaturas más bajas. Alrededor de 40.5-43°C se ha encontrado que no hay cambios significativos durante y después de la aplicación de la hipertermia en relación con el flujo de sangre, los nutrientes, cambios metabólicos, transducción de señales, así como de efectos farmacológicos (Hildebrandt y col., 2002).

Se ha optado por usar esta terapia ya que se han realizado tratamientos con agua caliente, rayos infrarrojos, ultrasonidos y microondas sin un éxito evidente, debido a que cuando los tumores se encuentran arraigados en diferentes partes del cuerpo no se pueden calentar eficazmente y de forma local, por lo que se espera que la hipertermia magnética sea un tratamiento útil contra esta enfermedad con pocos efectos secundarios.

La incorporación de la hipertermia focalizada a las terapias comunes para el tratamiento del cáncer, presenta un gran beneficio para los pacientes con esta enfermedad, puesto que el calor que se aplica mata en gran medida a las células enfermas, aumenta la eficacia del fármaco e induce a respuestas inmunes tumoricidas (Issels y col., 2010).

HIPERTERMIA MAGNÉTICA
Las microesferas ferrimagnéticas (Fe3O4) con diámetros de 20-30 nm son empleadas como semillas térmicas para inducir la hipertermia en el tratamiento contra el cáncer, especialmente en tumores localizados en partes profundas del cuerpo que son difíciles de tratar. Estas microesferas se implantan a través de los vasos sanguíneos y puede calentar el tumor cancerígeno localmente por la pérdida de histéresis (al ser magnetizada la microesfera ésta mantiene la señal magnética aún después de retirar el campo magnético aplicado, fenómeno conocido como ferrimagnetismo) cuando se coloca bajo un campo magnético alterno (Kawashita y col., 2005)

Para poder emplear este tipo de materiales se debe analizar si contienen fases ferrimagnéticas que son las responsables de generar y disipar el calor, además de ser un material biocompatible de baja toxicidad y alta durabilidad química. Algunos de los materiales adecuados para su utilización son la magnetita (Fe2O3) y la maghemita (- Fe2O3) (Martinelli y col., 2010).

En 1968 se reportó por primera vez el uso del calentamiento de órganos y tejidos en el tratamiento del cáncer, en el que se destaca la destrucción del cáncer mediante la terapia térmica en combinación con la quimioterapia. Estudios posteriores presentan la terapia de hipertermia donde se hace uso de nanopartículas de ciertos materiales cerámicos que pueden ser dirigidas al tumor cancerígeno. Estas nanopartículas mejoran el diagnóstico y localización de las características específicas de tumores mediante técnicas de imágenes multimodales como la resonancia óptica magnética, tomografía de emisión de positrones, tomografía computarizada y técnicas de rayos X (Sharma y col., 2009).

Para el uso de nanopartículas magnéticas se debe tener en cuenta ciertas características, como la capacidad de calentamiento, la forma, el tamaño y la distribución, el comportamiento ferrimagnético, entre otras. Las nanopartículas, con una estructura de espinela inversa, son las ferritas más estudiadas con aplicaciones biomédicas. Se investiga el desarrollo de ferritas mixtas por sustitución de iones de Fe2+ con otros cationes como Zn2+, Ca2+, Mg2+, Mn2+, Co2+, Cu2+, Ga3+ y Ni2+ (Jasso y col., 2016, Phadatare y col. 2012, Samariya y col., 2013, Behdadfar y col., 2012, Gözüak y col. 2009, Escamilla-Pérez y col., 2015, Shokrollahi, 2008, Hanini y col., 2016, Sánchez y col., 2016) y se espera que al agregar cationes de Zn2+ se promueva de manera eficaz la actividad antimicrobiana y funcione como regulador del calentamiento para el tratamiento de hipertermia magnética (Mandal y col., 2016).

La hipertermia nano-magnética hace uso de nanopartículas de óxido de hierro que son las que se consideran el agente de calentamiento más común, debido a sus excelentes propiedades magnéticas dependientes del tamaño, la facilidad de funcionalización con compuestos orgánicos e inorgánicos, su biocompatibilidad, baja toxicidad y facilidad de excreción. El tratamiento con nanopartículas permite la eliminación de células cancerosas de tumores profundos y de difícil acceso (Beik y col., 2016).

La capacidad de las nanopartículas magnéticas para transformar la energía electromagnética en calor, permite el aumento de temperatura en las regiones donde se encuentras las células tumorales, inclusive en partes muy internas del cuerpo. Para poder hacer uso de las nanopartículas, se debe lograr un equilibrio entre la distribución de tamaño y sus propiedades magnéticas, por ejemplo, al ser las nanopartículas muy pequeñas no se tiene un efecto adecuado durante la hipertermia, mientras que al ser muy grandes no pueden ser capaces de cruzar la barrera endotelial en los vasos sanguíneos, lo cual es indispensable para que puedan penetrar y distribuirse más homogéneamente dentro del tumor, provocando la difusión del calor que provocaría la muerte de mayor número de células tumorales. Otro factor importante es la funcionalización de las superficies que ayuda a que sean resistentes a cambios del medio como el pH biológico e hidrofobicidad. La hipertermia no solo puede ser usada para matar células cancerosas sino también para la administración de fármacos de forma inducida magnéticamente (Bañobre y col., 2013).

NANOPARTÍCULAS MAGNÉTICAS PARA TRATAMIENTO DEL CÁNCER
Las nanopartículas magnéticas tienen muchas aplicaciones en el campo biomédico que van desde reparación de tejidos, administración de fármacos, hibridación de ADN, formación de imágenes por resonancia magnética, separación de células y en el tratamiento de hipertermia (Zayed y col., 2016), además de que poseen propiedades físicas y químicas únicas debido a su tamaño, ya que están dentro del mismo rango que los anticuerpos, receptores, ácidos nucleicos, proteínas y otras macromoléculas biológicas. En tratamientos contra el cáncer, se mejora el transporte de fármacos gracias a la estructura manométrica de las partículas lo que permite que puedan llegar con mayor facilidad a las células tumorales (Tietze y col., 2015).

Para aplicaciones biomédicas, las nanopartículas magnéticas deben mostrar, preferentemente, comportamiento superparamagnético (Hofmann y col., 2009), lo que significa que la magnetización llega a cero cuando se retira el campo magnético. Este hecho implica que no quedan fuerzas coercitivas o remanencia, previniendo interacciones dipolares entre las partículas y, eventualmente su agregación, lo que puede conducir a severos problemas derivados de la formación de aglomerados en el sistema circulatorio. Sin embargo, la magnetización de saturación debe ser lo más alta posible, con el fin de garantizar el eficiente calentamiento de las nanopartículas bajo un campo magnético oscilatorio. Este efecto está muy relacionado con la distribución del tamaño de las nanopartículas, además que las propiedades superparamagnéticas de las nanopartículas dependen del tamaño. Al incrementarse el tamaño de las partículas se aumenta también los valores de magnetización, sin embargo las partículas se vuelven ferromagnéticas, lo cual las hace no adecuadas para aplicaciones biomédicas por su potencial agregación. Por otra parte, el tamaño de las partículas es un tema de crucial interés en muchas aplicaciones biomédicas, en las cuales el uso de partículas muy pequeñas es lo ideal ya que actúan como nano-fuentes de calor en regiones tumorales de difícil acceso (Bañobre y col., 2013).

Las nanopartículas superparamagnéticas de óxidos de hierro han demostrado un gran potencial en la nanomedicina por su magnetismo inherente, las características superparamagnéticas provocan que el óxido de hierro se magnetice hasta alcanzar una magnetización de saturación utilizando un campo magnético externo lo que resulta en una alta susceptibilidad magnética provocando a su vez que el fármaco encapsulado sea situado en la región tumoral. (Laurent y col., 2014)

El uso de nanopartículas magnéticas en el tratamiento de hipertermia fue propuesto por primera vez en la década de 1950. Sin embargo, la primera vez que se realizaron ensayos clínicos fue después d4el año 2000, utilizándose en pacientes con carcinoma de próstata y glioblastoma multiforme, estudio que mostró que la hipertermia empleando nanopartículas magnéticas era un método eficaz (Muela y col., 2016).

Las nanopartículas magnéticas más estudiadas son las de óxido de hierro, donde destacan las fases magnetita (Fe3O4) o maghemita (-Fe2O3), además este tipo de nanopartículas ha resultado tener alta biocompatibilidad y fácil biodegradación en el organismo (Múzquiz y col., 2010). Aunque a la par se desarrollaron sistemas de vidrios cerámicos bioactivos para tratamientos de hipertermia (Shah y col., 2010), éstoa materiales no han tenido mucho éxito dado que, al tener la estructura de monolitos resulta más complicado insertarlos en el cuerpo humano.

En la Figura 1 se presenta una imagen de las aplicaciones que tienen para el tratamiento del cáncer las nanopartículas magnéticas, en donde se puede observar que como ferrofluídos son útiles para la entrega de medicamento, la resonancia magnética de imagen y el tratamiento de hipertermia. Con la finalidad de hacerlas afines tanto a los fármacos como a los tejidos en los cuales se van a depositar, se han estudiado algunos recubrimientos y/o funcionalizaciones, tal como se presenta en la misma Figura 1, obteniéndose partículas del tipo de los magnetoliposomas y nanocápsulas magnéticas utilizando polímeros. Este es el reto que enfrenta la biotecnología (Laurent y col., 2014).

En cuanto a la síntesis de los materiales cerámicos magnéticos, los avances más recientes van enfocados en la búsqueda de nuevas nanopartículas. En el área de las ferritas superparamagnéticas, en 2014 Sánchez y col. realizaron una investigación empleando nanopartículas de ferrita de galio para su posible uso en el tratamiento de hipertermia, debido a que se ha reportado que el hierro presenta biocompatibilidad y baja toxicidad además que el galio es un potente inhibidor de la resorción ósea e inhibe el crecimiento y la proliferación de las células cancerosas. Ellos mencionaron que mediante el método de síntesis se puede obtener nanopartículas magnéticas con una morfología específica y tamaño nanométrico, además la presencia del galio favorece el crecimiento de una capa bioactiva en las nanopartículas por lo que pueden ser empleadas con éxito en tratamientos de hipertermia magnética. (Sánchez y col., 2014).

En 2015 se propone una ruta de síntesis de maghemita superparamagnética, la cual no solo fue capaz de generar más calor que la magnetita cuando se aplicó un campo magnético bajo, sino que además no mostró daño a los eritrocitos al ser sometidas a pruebas de hemólisis (Múzquiz y col., 2015).

En 2016 Wang y col. sintetizaron nanocadenas de Fe@Fe2O3 con estructura núcleo-coraza mediante la reducción química del Fe2+ en solución acuosa. El diámetro de las cadenas fue de 50 a 100 nm con longitud de varias micras. Las pruebas de calentamiento revelaron que son un material promisorio para terapias de hipertermia magnética y/o termoablación (Wang y col., 2016). Madhuri Mandal Goswami reporta la síntesis de nanoesferas huecas de magnetita utilizando micelas de oleoaminas, las cuales pudieran ser útiles no solo para hipertermia sino para liberación controlada de medicamentos, entrega de los mismos, adsorción de metales pesados entre otras aplicaciones (Mandal Goswami y col., 2016).

Figura. 1. Las nanopartículas superparamagnéticas de óxido de hierro pueden
guiarse a su sitio de acción utilizando un campo magnético. Fuente: (Laurent y col., 2014).

En el mismo año Dey y colaboradores reportaron la síntesis de nanopartículas magnéticas de ferrita de cobalto cúbica para terapia de hipertermia y liberación de medicamentos activada por temperatura (Dey y col., 2016), mientras que Rashid y col. se dedicaron a la optimización de las nanopartículas de La_1-xSr_xMnO₃ para aplicaciones de hipertermia (Rashid y col., 2016), y Thorat y colaboradores trabajaron con ferritas de gadolinio superparamagnéticas con control de la temperatura curie (Thorat y col., 2016),  aunque también la hardistonita resultó útil para estas aplicaciones (Farzin y col., 2017).

Tratándose de recubrimientos cerámicos, en 2010 se recubrieron nanopartículas de ferrita con apartita similar a la ósea, utilizando el método de reinmersión en fluidos fisiológicos simulados (SBF por sus siglas en inglés) propuesto por Kokubo (Múzquiz y col. 2010), en 2012 este mismo grupo de investigadores encontró que, al recubrir la magnetita con silicato de calcio, se incrementa la formación de apatita al ser sumergidas en la solución SBF bajando con ello su grado de hemólisis, lo que indica mejor biocompatibilidad con los glóbulos rojos de la sangre (Múzquiz y col. 2012). En 2013 mediante pruebas in vivo encontraron que la magnetita recubierta con apatita no resultó tóxica en ratones de la cepa Balb/c (Múzquiz y col. 2013).

En 2017 Zamora y col. reportan la obtención de ferrofluídos a base de nanopartículas magnéticas recubiertas de quitosano, utilizadas para liberar 5-fluoracil además de ser utilizadas en hipertermia. Las pruebas in vitro demostraron que la citotoxicidad es dependiente de la dosis (Zamora y col., 2017). En 2016 Soares y col. lograron estabilizar nanopartículas de óxido de hierro con una bicapa de ácido oleico, con la finalidad de utilizarse tanto en aplicaciones de hipertermia como para resonancia magnética de imagen (MRI) (Soares y col., 2016).

En cuanto a cultivos celulares, los protocolos para la destrucción de los tumores PC3, después de una sola sesión de hipertermia magnética fueron estudiados basándose en imágenes micro en modelos de ratones (LeBrun y col., 2016). En 2017, Miola y col. sintetizaron un composito de cemento óseo a base de polimetilmetacrilato con nanopartículas de vidrios cerámicos bioactivos y ferrimagnéticos. Pruebas celulares preliminares revelaron que las células tumorales mueren al inducir un campo magnético adecuado (Miola y col. 2017). Este mismo año se reporta la relación entre el pH y la respuesta de nanopartículas modificadas de CoFe₂O₄ a la hipertermia magnética, y liberación de fármacos a nivel subcelular en células de cáncer de seno humano (Yunok y col., 2017).

Un estudio reveló que, utilizando neuroblastomas humanos (células SH-SY5Y) y comparando la respuesta del calentamiento, la hipertermia magnética es más eficiente que el calentamiento exógeno (Sanz y col., 2017).

Tratándose de estudios teóricos, se reportan los resultados de un estudio de hipertermia magnética en sistemas de partículas ferromagnéticas monodominio distribuidas homogéneamente en una matriz sólida, en donde encontraron que la interacción entre partículas incrementa la intensidad de la producción de calor. El efecto térmico en los sistemas con orientación paralela de los ejes de las partículas para su fácil magnetización es significativamente más alto que en el caso de orientaciones aleatorias (Zubarev y col., 2017).

Referente a trazabilidad metrológica en medicina, con un enfoque específico en hipertermia magnética, en 2017 Coïsson y col. midieron las pérdidas de histéresis y la absorción específica de nanopartículas magnéticas para aplicaciones de hipertermia, con el fin de elegir las mejores ferritas para éste tipo de tratamiento, encontrando un modelo que permite predecir la temperatura real generado y no solo la determinada en el agua, lo que puede ayudar a conocer si afectará en algún modo a los tejidos circundantes. (Coïson y col., 2017).

Por otra parte también se están desarrollando sensores para la medición del calor generado durante la hipertermia mediante rayos Infrarrojos, sabiendo la importancia del calor para evitar daños en los tejidos sanos (Lahiri y col., 2016, Lahiri y col., 2017).

Actualmente el desarrollo de la tecnología para hipertermia no solo está enfocada en los sistemas magnéticos y detectores, sino también en los circuitos para generar el campo magnético a aplicar para generar la hipertermia (Skumiel y col., 2016). Aun cuando cada vez se estudian sistemas de ferritas más sofisticados, no se deja de estudiar lo básico, como es el reportado por Harabech y col. quienes profundizan en la dependencia del tamaño de las nanopartículas magnéticas en la pérdida específica de potencia durante la hipertermia magnética (Harabech y col., 2017).

CONCLUSIÓN

Los materiales biocerámicos pueden ser empleados dentro del área de la salud como tratamientos alternos o en combinación para curar el cáncer, debido a sus sus propiedades de biocompatibilidad, de no toxicidad y de bioactividad. Los materiales cerámicos que son más favorables para este tipo de tratamientos, son los que presentan propiedades superparamagnéticas, que al estar bajo un campo magnético se genera una gran energía térmica provocando la destrucción parcial o total de las células cancerosas. Aunque la hipertermia se presenta como una excelente alternativa para el tratamiento del cáncer, aún hay mucha investigación que hacer tanto en el área de los biomateriales como en el campo de la medicina.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen a la Universidad Autónoma de Coahuila, al posgrado en Ciencia y Tecnología de Materiales (CYTEMA) por su apoyo. Rosalina Lara Rico agradece al Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (CONACYT) por el otorgamiento de la beca a nivel maestría con No. 446683.

 

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