Diseño y desarrollo de un equipo de laboratorio para hipertermia óptica con posicionamiento de muestra o interfaz gráfica de usuario

Abstract

[ES] La hipertermia óptica se postula como una nueva forma de tratar los procesos tumorales. Mediante el uso de un haz de luz láser y nanopartículas metálicas, diseñadas específicamente para que la resonancia de plasmón de superficie se encuentre en la longitud de onda de dicho láser, se logra un aumento de temperatura tanto en la superficie como en el entorno de estas nanopartículas. Este aumento de temperatura se puede usar directamente para atacar el tejido enfermo, que resultará dañado, no así como el tejido sano, que acumula una menor concentración de nanopartículas y es capaz de disipar mejor el calor generado y asimilar los posibles daños. Otra técnica complementaria es el uso de nanopartículas funcionalizadas y cargadas con fármacos, que son liberados en el momento de la irradiación, aumentando la eficacia del tratamiento. Sin embargo, antes de poder utilizar estas técnicas en la práctica clínica hay muchos interrogantes e inconvenientes que deben resolverse, por ello, se encuentran actualmente en fases de experimentación preclínica. En el Instituto Interuniversitario de Investigación de Reconocimiento Molecular y Desarrollo Tecnológico (IDM) se realizan experimentos in vitro con células y nanopartículas de oro para determinar la toxicidad de estos tratamientos. El IDM dispone de un equipo que no se diseñó inicialmente con un propósito tan amplio, y por ello ha surgido la necesidad de renovarlo. El objetivo del presente trabajo es desarrollar un nuevo equipo basado en los requerimientos que los investigadores han puesto en conocimiento del Instituto, para realizar experimentos de hipertermia óptica con una mayor facilidad y control sobre algunas de las variables que afectan a los resultados obtenidos. Para ello, se divide el trabajo en tres partes fundamentales: sistema electrónico de control de las variables del experimento, sistema electromecánico de posicionamiento de muestras, e interfaz gráfica de usuario. La novedad aportada se basa en la integración de todos los sistemas en un único equipo, el posicionamiento de muestras y la comodidad del uso de una interfaz gráfica. Se le ha dado al diseño un carácter escalable y fácilmente adaptable a los siguientes niveles de investigación clínica. Para finalizar, se ha realizado una demostración del posicionamiento de muestras y la irradiación de nanopartículas de oro en un medio acuoso, obteniendo el calentamiento del medio.

[EN] Optical hyperthermia as a new treatment for tumour processes is postulated. Using a laser beam and metal nanoparticles, specifically designed so the surface plasmon resonance is in the wavelength of the laser, a temperature increment in the surface and in the environment of the nanoparticles is achieved. This temperature increment can be directly used to treat the diseased tissue, which will result damaged while keeping the healthy tissue safe, since the healthy tissue accumulates a smaller concentration of nanoparticles and it is capable of dissipating the generated heat and assimilating the possible damage. Another complementary technique is to use functionalized nanoparticles, charged with drugs that will be released in the moment of irradiation, increasing the treatment efficacy. Notwithstanding, before these techniques could be used in the clinical practice, there are some questions and obstacles that must be resolved, that is why they are in a preclinical experimentation phase. The Interuniversitary Institute of Molecular Recognition and Technological Development (IDM) is experimenting in vitro with cells and gold nanoparticles to determine the toxicity of this treatment. The IDM has an apparatus that was not initially designed with such a broad purpose, and the need of renovating it has arised. The objective of the present work is to develop a new equipment based on the requirements that the investigators have put in knowledge of the Institute, to experiment with optical hyperthermia in an easier way, with a better control over the variables that affect the results. For this, the work is divided into three essential parts: experiment variables electronic control system, electromechanical sample positioning system, and graphical user interface. The novelty contributed is the integration of each system into one unique apparatus, the sample positioning and the ease of use of a graphical interface. This is done with a scalable design, that could be easily adapted to the next levels of clinical investigation. Finally, a demonstration of sample positioning and the irradiation of gold nanoparticles in aqueous medium have been done, achieving the medium heating.