Aunque existen desde hace décadas, los métodos de diagnóstico basados en Nanotecnología han adquirido gran relevancia en el contexto de la reciente pandemia de COVID-19. Un ejemplo claro son los llamados “tests de antígenos”: las líneas que nos indican si el test es válido y si es positivo o negativo, tienen su origen en el color proporcionado por partículas minúsculas, conocidas como nanopartículas, habitualmente compuestas de oro puro. En esos tamaños tan pequeños, el oro deja de tener el brillo amarillento al que estamos acostumbrados y presenta colores muy bien definidos y muy intensos. En los tests de antígenos se utilizan nanopartículas a las que se han unido anticuerpos selectivos para el antígeno que se quiere detectar (en este caso el característico de COVID-19), en cuya presencia quedan atrapados por otros receptores colocados en la línea de test. 

Para estos test, lo importante es el color intenso y la capacidad de unirse a las biomoléculas de interés. Sin embargo, las mismas nanopartículas se pueden utilizar para otras modalidades de detección y diagnóstico, basadas en su especial interacción con la luz, denominadas “Nanoplasmónica”. Cada una de dichas modalidades requiere un diseño específico de las nanopartículas, de forma que su funcionamiento sea lo más eficiente posible. Esto se logra habitualmente mediante métodos químicos, que permiten controlar el crecimiento de las nanopartículas para producir el tamaño y la forma deseados. 

En proyectos recientes, se ha trabajado en otra técnica de detección relacionada con las propiedades ópticas de las nanopartículas metálicas, en concreto de su capacidad para amplificar una señal espectroscópica característica de las moléculas que se quieren detectar. Esta técnica recibe el nombre de espectroscopía de dispersión Raman amplificada en superficies, o SERS por sus siglas en inglés. Mediante el uso de SERS y nanomateriales metálicos con estructuras optimizadas, se pueden obtener niveles exquisitos de sensibilidad y selectividad, que tienen aplicación en multitud de tecnologías. 

El proyecto ChirPlasThera, financiado por la Agencia Estatal de Investigación (AEI), explora en más detalle otros efectos ópticos en nanopartículas metálicas, que puedan ofrecer la posibilidad de diseñar nuevas estrategias de detección y diagnóstico basadas en nanoplasmónica. De entre dichas propiedades, los llamados “efectos plasmónicos quirales” han despertado una gran atención. La quiralidad es una propiedad geométrica que describe objetos que no se pueden superponer a su imagen especular. Ejemplos característicos de objetos quirales son nuestras manos (son imágenes especulares, pero es imposible encajarlas perfectamente entre sí) o una hélice cuyo giro cambia de dirección de izquierda a derecha cuando se refleja en un espejo. Esta propiedad está presente también en muchas biomoléculas y puede resultar determinante en cuanto a sus propiedades curativas o dañinas.

En el caso de los nanomateriales plasmónicos, la quiralidad se refleja en una dependencia significativa de su interacción con luz incidente con polarización circular a la derecha o a la izquierda. Esta propiedad se puede inducir a través de una morfología quiral en nanopartículas plasmónicas (típicamente metálicas), o mediante la organización quiral de nanopartículas que no poseen una morfología intrínsecamente quiral. En el proyecto ChirPlasThera plantea un estudio sistemático de la generación de propiedades nanoplasmónicas quirales a través de estas dos estrategias, así como su aplicación a técnicas de biodetección y de bioimagen. Dichas técnicas estarían basadas en los cambios de la respuesta óptica (plasmónica) quiral que se producen en presencia de biomarcadores moleculares de interés biomédico, o en la detección selectiva de señal plasmónica quiral en regiones de células o tejidos de interés.

El punto de partida de esta investigación se basa en estudios recientes como el desarrollo de métodos de fabricación de nanopartículas con geometría quiral y en la exploración de la capacidad de realizar un calentamiento selectivo mediante luz polarizada circularmente, de cara a desarrollar tratamientos más eficaces y con menores efectos secundarios. 

Por otra parte, se conoce que la organización quiral de nanopartículas de oro sobre fibras formadas por proteínas amiloides puede servir para detectar la agregación de dichas proteínas, un proceso que está en el origen de diversas enfermedades neurodegenerativas. Mediante el estudio sistemático de dichos procesos de agregación mediante métodos no invasivos, se podrá conocer mejor el origen de estas enfermedades y ayudar a encontrar soluciones para las mismas. En esta dirección, se puede plantear también la destrucción de las fibras amiloides mediante calentamiento selectivo con luz polarizada circularmente.

Por lo tanto, se abren infinidad de posibilidades para los nanomateriales plasmónicos quirales, que serán exploradas en el proyecto ChirPlasThera. El conocimiento obtenido permitirá mejorar la capacidad de biodetección, bioimagen y fototerapia, que se aplicará a sistemas biológicos de interés.