La nanomedicina está transformando la manera de diagnosticar, tratar y gestionar las enfermedades. Comprender el complejo comportamiento de las nanopartículas (NPs) dentro de los sistemas biológicos es esencial para conseguir tratamientos mucho más efectivos, puesto que ahora muchos de ellos fallan en el momento de entregar la carga en las células objetivo, debido al obstáculo producido por las barreras biológicas. Resulta, así, esencial visualizar la dinámica de estas NPs de manera eficiente, pero actualmente es un reto considerable por las limitaciones que existen en las técnicas de imagen.
Técnicas avanzadas para el estudio del tráfico intracelular de nanopartículas
Tesis Doctoral
8 abril 2025
La Dra. María Navalón defendió su tesis doctoral, en la que ha desarrollado y perfeccionado métodos avanzados de microscopia, para comprender el comportamiento de las nanopartículas en el ámbito de la nanomedicina
Por tanto, resulta necesario disponer de técnicas microscópicas que permitan estudiar el comportamiento de las nanopartículas (NPs) en su interacción con las células, desde el primer contacto con la membrana celular, hasta la liberación del principio activo que transportan.
Este es el reto que ha afrontado la Dra. María Navalón en su tesis doctoral, realizada en IQS bajo el título Desarrollo de técnicas avanzadas para elucidar el tráfico intracelular de nanopartículas de pßAE, con el objetivo principal de abordar esta brecha tecnológica y desarrollar y perfeccionar métodos avanzados de microscopía que permitan comprender el comportamiento de las NPs y ampliar así las fronteras de las investigaciones de nanoformulaciones para aplicaciones biomédicas. La tesis ha sido dirigida por el Dr. Salvador Borrós Gómez y la Dra. Cristina Fornaguera Puigvert, dentro del Grupo de Ingeniería de Materiales – GEMAT de IQS, y por la Dra. Silvia Pujals, del Instituto de Química Avanzada de Cataluña IQAC – CSIC.
Estudio del comportamiento de las NPs en su interacción con las células
Para realizar estos estudios, la Dra. Navalón llevó a cabo, en primer lugar, la caracterización de nanopartículas de OM-pßAE (Oligo Modified poly(β-amino ester)), unos polímeros biodegaradbles y biocomaptibles desarrollados dentro del grupo GEMAT, en los cuales realizó diversas modificaciones y estudió como estas alteraciones afectan a las propiedades fisicoquímicas y mecánicas de las NPs, así como sus interacciones con los entornos celulares.
Estos estudios previos pusieron de manifiesto que las técnicas de imagen convencionales son insuficientes para descifrar completamente las rutas intracelulares y el destino de las NPs. Para superar este reto, la Dra. Navalón desarrolló dos técnicas innovadoras de súper resolución para poder estudiar el tránsito de las NPs: la Polyplex Expansion Microscopy (PExM) y la Correlative Light and Electron Microscopy (CLEM). Estos métodos de microscopía – nanocospía revelaron como sutiles variaciones estructurales en las NPs influyen en las rutas intracelulares, y cuáles facilitan la liberación del principio activo transportado dentro de las células.
Estudios en modelos celulares
A partir de estos resultados obtenidos, la Dra. Navalón estudió el comportamiento de las NPs de OM-pßAE en modelos celulares 3D, para simular mejor las condiciones de los ensayos in vivo. Se utilizaron modelos 3D esferoides, dado que ofrecen modelos fisiológicos más relevantes, pero son difíciles de seguir por técnicas microscópicas convencionales.
Los estudios de la penetración de las NPs de OM-pßAE en los esferoides se llevó a cabo utilizando Microscopía Multifotónica (MPM), una técnica que ofrece una capacidad de observación de procesos biológicos complejos y dinámicos con mucha profundidad y mínima invasión. Estas observaciones corroboraron los resultados obtenidos con las técnicas previas de PExM y CLEM. Esta parte de la tesis se llevó a cabo en colaboración con el grupo del Dr. Johan Hofkens y la Dra. Susana Rocha de la KU de Leuven.
Más allá de considerar la necesidad de estudiar y comprender en profundidad los comportamientos de los nanosistemas para mejorar su eficacia clínica, la tesis de la Dra. María Navalón aporta a la comunidad científica nuevas y potentes herramientas de estudio para hacer más precisos los sistemas de distribución de fármacos, y abre camino hacia una futura optimización del diseño y aplicación de terapias basadas en nanopartículas.
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- María Navalón Lopez et al, Unravelling the role of individual components in pBAE/polynucleotide polyplexes in the synthesis of tailored carriers for specific applications: on the road to rational formulations, Nanoscale Adv, 2023, 5, 1611-1623
- María Navalón Lopez et al, PExM: polyplex expansion microscopy for cell trafficking studies, Nanoscale, 2024, 16, 11969-11976. Este artículo forma parte de la colección The 2025 International Women’s Day Collection: celebrating Women in Nanoscience, de la Royal Society of Chemistry,, publicado con motivo del Día Internacional de la Mujer 2025.
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