Nanopartículas de oro: Avanzando aplicaciones diagnósticas y terapéuticas en medicina – Una revisión exhaustiva

Resumen

Las medicinas basadas en metales tienen un legado de 4.000 años, con compuestos de platino pioneros por el cisplatino hace más de cuatro décadas. Los avances recientes muestran que las nanopartículas metálicas, particularmente las nanopartículas de oro (AuNPs), exhiben rasgos fisicoquímicos únicos que superan a sus contrapartes a granel. Las AuNPs están aprobadas por la FDA para roles en administración de fármacos, terapia fototérmica, contraste de imagen, radiosensibilización y transfeción génica. Esta revisión examina los potenciales diagnósticos y terapéuticos de las AuNPs, destaca sistemas aprobados en ensayos clínicos, aborda preocupaciones de seguridad y esboza direcciones futuras para nanomedicinas más seguras y efectivas.

Introducción

La nanotecnología ha desbloqueado una nueva era en diagnósticos y terapéuticos. Las AuNPs, valoradas por su estabilidad, tamaño ajustable y fuerte afinidad por tioles, pueden funcionalizarse con ligandos de direccionamiento, agentes de imagen o terapéuticos. Su gran área superficial permite la unión simultánea de múltiples moieties, permitiendo administración precisa, imagen en tiempo real y terapia sinérgica. Las AuNPs retienen la biocompatibilidad del oro a granel pero ofrecen captación celular y farmacocinética mejoradas. Su potencial clínico abarca portadores de fármacos para cánceres en etapas avanzadas, agentes fototérmicos para cáncer de próstata y acné, y más.

Nanopartículas de Oro

Las AuNPs son coloides sólidos que van de 1–100 nm. Su resonancia de plasmón de superficie (SPR), forma y química dictan el comportamiento óptico, catalítico y biológico. Existen dos rutas principales de síntesis: métodos físicos top-down (p. ej., molienda, litografía) y enfoques químicos bottom-up. Este último, ejemplificado por la reducción con citrato de Turkevich, produce esferas de 15–150 nm; reductores alternativos (NaBH₄, CTAB, ácido ascórbico) permiten control de tamaño y forma. Métodos verdes emergentes —plasma inducido por microondas en líquido y síntesis basada en plantas— eliminan químicos tóxicos y mejoran la biocompatibilidad.

Visión General de la Síntesis

Aplicaciones Biológicas de las AuNPs

El uso médico prolongado del oro (desde 2600 a.C.) y su demostrada no toxicidad sustentan la biocompatibilidad de las AuNPs. La alta área superficial de las AuNPs permite la conjugación de ligandos de direccionamiento, colorantes de imagen y fármacos. La funcionalización ocurre principalmente mediante química oro-tiol, pero el acoplamiento biotina-estreptavidina y carbodiimida también contribuyen. Las AuNPs sobresalen en tres dominios: administración de fármacos, diagnósticos y terapia.

Administración de Fármacos

Las AuNPs abordan desafíos de fármacos convencionales: baja biodisponibilidad, aclaramiento rápido y resistencia. Su tamaño pequeño (≤ 100 nm) facilita la acumulación tumoral mediada por EPR y la captación celular. Las AuNPs protegen la carga de la proteólisis, extienden la circulación y permiten liberación dirigida. Aplicaciones incluyen cáncer (cisplatino, doxorrubicina), obesidad y acné. Las AuNPs multifuncionales co-entregan fármacos y ligandos de direccionamiento, mejorando la eficacia y reduciendo la toxicidad fuera del objetivo.

Plataformas Diagnósticas

Las propiedades ópticas de las AuNPs (LSPR, SERS, quenching de fluorescencia) soportan diversos biosensores. Los ensayos de flujo lateral (LFAs) comúnmente usan AuNPs de 30–40 nm para detección colorimétrica de ARN viral, antígenos bacterianos y anticuerpos. Por ejemplo, un ensayo AuNP-ASO detectó ARN de SARS-CoV-2 en ~10 min, con límite de detección de 0,18 ng/µL. Estos ensayos son libres de instrumentos, rápidos y rentables.

Contraste de Imagen

El alto número atómico y densidad electrónica de las AuNPs proporcionan atenuación de rayos X superior comparada con yodo. AuNPs dirigidas conjugadas a aptámeros PSMA o nucleolina lograron mejora de señal CT >4 veces en modelos de cáncer de próstata o pulmón. La TC in vivo de AuNPs dirigidas a colágeno reveló persistencia en sangre hasta 6 h, superando ampliamente la vida media del yodo. Rendimiento similar se reporta para contraste fotoacústico, nuclear, ultrasonido y MRI.

Aplicaciones de Fluorescencia y FRET

AuNPs de tamaño cuántico (≤5 nm) exhiben fluorescencia y actúan como quenchers FRET eficientes. Inmunosensores electroquímicos basados en AuNPs lograron sensibilidad de pg/mL para PSA y enolasa específica de neuronas. Los sistemas FRET permiten monitoreo en tiempo real de unión de biomarcadores y expresión génica intracelular.

Ensayo de Código de Barras Biológico

El código de barras magnético micropartícula-AuNP permite detección ultrasensible de proteínas y ácidos nucleicos, superando a ELISA en 5 órdenes de magnitud. Ejemplos incluyen detección de VIH-1 p24 y PSA a niveles fg/mL.

Terapias Basadas en AuNPs

Las AuNPs pueden actuar como agentes terapéuticos en sí mismas (p. ej., antioxidante, antiangiogénico, antiinflamatorio) o como portadores de fármacos. AuNPs sin modificar muestran efectos anticancerígenos, antiartríticos y anti-obesidad vía generación de ROS y acumulación EPR. La funcionalización superficial con fármacos, péptidos o aptámeros mejora aún más la especificidad y eficacia.

Terapia Fototérmica (PTT)

Las AuNPs convierten luz NIR en calor en picosegundos, permitiendo hipertermia de tejido profundo. AuNRs, nanocápsulas y nanoesferas se adaptan para tumores superficiales o profundos. La PTT sinergiza con quimioterapia (p. ej., Dox, 5-FU) e inmunoterapia, mejorando la muerte de células tumorales mientras se preserva el tejido normal.

Acciones Antimicrobianas y Antivirales

Las AuNPs disruptan membranas bacterianas, generan ROS e inhiben expresión génica, superando patógenos MDR. La conjugación con antibióticos (kanamicina, cefaclor) restaura potencia contra cepas resistentes. Las AuNPs también exhiben actividad antiviral contra influenza, sarampión, dengue y VIH al entregar agentes antivirales o neutralizar viriones directamente.

Terapia Génica y Transfección

Las AuNPs sirven como vectores no virales con alta eficiencia de transfección in vitro e in vivo. AuNPs catiónicas cargadas con siRNA o plásmidos logran >70 % de knockdown, superando reactivos comerciales. Su superficie conductora también mejora la eficacia de electroporación.

Consideraciones de Toxicidad

Aunque las AuNPs son generalmente inertes, el tamaño, forma, carga y química superficial influyen en la biodistribución y toxicidad. Partículas pequeñas (<2 nm) penetran orgánulos, potencialmente causando daño irreversible; partículas mayores (>15 nm) permanecen citoplasmáticas. Superficies neutras y PEGiladas reducen formación de corona proteica y aclaramiento por el sistema reticuloendotelial (RES). La dosis, tiempo de exposición y vía de administración también afectan la seguridad. Estudios en curso buscan optimizar recubrimientos superficiales y síntesis verde para mitigar riesgos.

Aplicaciones Clínicas

Varias formulaciones de AuNPs han entrado en ensayos clínicos. CYT-6091 (AuNPs de 27 nm cargadas con TNF-α) demuestra acumulación tumoral selectiva y seguridad mejorada comparada con citocina libre. AuroLase® (nanocáscaras de sílice-oro) está aprobado para tratamiento fototérmico de acné. Ensayos emergentes evalúan AuNPs para cánceres de cabeza/cuello, tumores pulmonares y trastornos metabólicos. Estos éxitos subrayan el potencial traslacional de las AuNPs mientras resaltan la necesidad de perfiles de seguridad rigurosos.

Conclusión y Perspectivas Futuras

Las nanopartículas de oro ofrecen una plataforma versátil para diagnósticos, imagen y terapia simultáneos. El continuo refinamiento de síntesis, funcionalización y química verde expandirá la adopción clínica. Abordar la toxicidad mediante ingeniería superficial y estudios in vivo exhaustivos sigue siendo esencial para realizar plenamente la promesa terapéutica de las AuNPs.

Disponibilidad de Datos y Materiales

Todos los datos referenciados aquí provienen de publicaciones revisadas por pares.

Abreviaturas

5‑FU

5‑Fluorouracilo

AuNPs

Nanopartículas de oro

AuNPsQ

AuNPs de tamaño cuántico

AuNRs

Nanorodas de oro

AuNSs

Nanoesferas de oro

BCA

Ensayo de código de barras biológico

cAuNPs

AuNPs con citrato

COVID‑19

Síndrome respiratorio agudo severo-coronavirus-2

CT

Tomografía computarizada

DSF

Péptido flanqueado por disulfuro

EPR

Permeabilidad y retención mejoradas

FRET

Transferencia de energía de resonancia de fluorescencia

HAuNSs

AuNSs huecas

PEG

Polietilenglicol

PT

Fototérmico

PTT

Terapia fototérmica

RES

Sistema reticuloendotelial

ROS

Especies reactivas de oxígeno

TRMs

Macrófagos residentes de tejido