Agents fotosensibilitzants teranòstics per a cirurgia guiada per fosforescència

La teràpia fotodinàmica (PDT, acrònim anglès de Photodynamic Therapy) és una teràpia no invasiva que utilitza llum, inofensiva per si mateixa, per tal d’activar fotocatalitzadors – denominats fotosensibilitzadors – que generin especies reactives d’oxigen (EROs) a la regió il·luminada. Les EROs són especies altament oxidants que eliminen les cèl·lules on s’han generat durant els tractaments fotodinàmics. Es tracta d’una proposta de teràpia, tant per tractaments d’infeccions microbianes com de càncer, que té nombrosos avantatges en termes d’aplicabilitat, seguretat, selectivitat, repetitivitat i resolució, tant espacial com temporal, que a més presenten un molt baix potencial generador de resistència. Un objectiu actual en PDT és determinar la dosi d’EROs que s’han generat. Desenvolupar noves estratègies per la detecció a temps real dels EROs generats durant la teràpia és essencial per assegurar l’eficàcia i seguretat del tractament i millorar així la pràctica clínica.

El grup de recerca AppLightChem d’IQS School of Engineering, coordinat per el Dr. Santi Nonell, té àmplia experiència en la recerca en el camp de la teràpia fotodinàmica. Al grup es re-incorpora ara el Dr. Roger Bresolí com a investigador postdoctoral, amb el projecte “Models innovadors de fotosensibilitzadors teranòstics aplicats a la cirurgia guiada per fosforescència, combinada amb fototeràpia dinàmica”. L’objectiu és cercar solucions per a millorar les tècniques de dosimetria de les EROs, mitjançant tècniques òptiques avançades.

Per a la realització d’aquest projecte, el Dr. Bresolí compta des del passat mes de juliol amb una de les prestigioses beques Beatriu de Pinós de la Generalitat de Catalunya, concedida a través de la Agència de Gestió d’Ajuts Universitaris i de Recerca, AGAUR. Recentment, també ha aconseguit una de les molt reconegudes beques Ramon y Cajal, que atorga l’Agència Estatal de Investigació.

Parlem amb el Dr. Roger Bresolí i amb el seu supervisor, el Dr. Santi Nonell, sobre la seva reincorporació i el projecte que està duent a terme.

Roger, vas defensar al 2018 la teva tesi doctoral realitzada a IQS. Explica’ns quin ha estat el teu recorregut com a investigador des d’aleshores.

Roger B. Efectivament, vaig realitzar la meva tesi doctoral amb el Dr. Santi Nonell, dins del grup AppLightChem, tesi que versava sobre explorar noves estratègies per la formació i detecció d’EROs, sobretot des d’un punt de vista més químic/biològic. Després, volia seguir investigant i formant-me en el camp de la fotònica i òptica, no tant des del punt de vista biològic, si no més des de l’exploració de mètodes científics per aprendre diferents tècniques de microscòpia avançada, com poden ser STED, STORM, microscòpia confocal, etc. Per això, vaig decidir anar a la Katholieke Universiteit de Leuven, a treballar amb el grup del professor Dr. Johan Hofkens, qui em va proposar de formar part d’una nova línia de recerca que tractava sobre el desenvolupament de pinces òptiques – optical tweezers – ­. La idea principal consistia en fer servir un feix de llum (d’alta densitat fotònica) que pugui generar una força òptica sobre partícules de mida micro- i nano-mètrica. Aquestes forces òptiques, si estan en equilibri, permeten atrapar aquestes partícules. Addicionalment, movent la posició focal del làser, es pot aconseguir desplaçar aquestes partícules amb una alta resolució tant espacial com temporal.

Aquesta recerca també es va fer en col·laboració amb el professor Dr. Hiroshi Masuhara, de la National Yang Ming Chiao Tung University de Taiwan, on van establir les bases teòriques de l’ús d’aquestes pinces òptiques en interfases, descobrint com es podia expandir el potencial òptic des de les àrees que estan directament irradiades a altres zones on, en teoria, no hauria d’arribar llum per que no estan sent directament irradiades. Aquest fenomen només es pot explicar tenint en compte processos de dispersió de llum degut a les nanopartícules.

Amb tot això, vàrem desenvolupar un nou tipus de microscòpia basada en sistemes de fluorescència de camp ample, però que en el mateix moment permetia adquirir diferents plans i imatges a diferents alçades, obtenint-ne imatges 3D.

Això és el que vaig fer en les meves estades fora, on he après tant òptica com fotònica.

I ara tornes a IQS a seguir treballant amb el Dr. Santi Nonell. 

Roger B.  I ara torno a aquí, sí, al grup AppLightChem, per poder combinar amb el Santi els coneixements d’òptica amb aspectes de fotobiologia. Per exemple, volem desenvolupar un nou tipus de microscopi de camp ample per la detecció d’emissió a la zona de l’infraroig proper. Desenvoluparem aquest microscopi aprofitant els coneixements d’òptica que he adquirit i serà utilitzat en un primer moment per la detecció de la fosforescència d’oxigen singlet (un dels principals EROs), però en un futur preveiem que sigui utilitzat per l’obtenció d’imatges de diferents fluoròfors que emetin a l’infraroig proper.

“Volem desenvolupar un nou tipus de microscopi de camp ample per la detecció d’emissió a la zona de l’infraroig proper”

A més, ara també faré docència a IQS en Química Física, tant al grau de Biotecnologia com en el Grau de Farmàcia.

Dins de tot aquest marc de recerca, ara treballes en el projecte “Models innovadors de fotosensibilitzadors teranòstics aplicats a la cirurgia guiada per fosforescència, combinada amb fototeràpia dinàmica”. Explica’ns en que consisteix.

Roger B.  Es tracta d’un projecte d’ampli espectre. La idea es avaluar diferents tipus d’estratègies en les que es puguin combinar teràpies fotodinàmiques amb conceptes d’òptica, especialment al NIR (infraroig proper), per fer teragnosi, és a dir, diagnosi i tractament. Volem aprofitar la fosforescència NIR per determinar quina és la concentració d’oxigen dins de les cèl·lules durant el tractament fotodinàmic.

“En aquest nou projecte, avaluarem diferents estratègies per combinar teràpies fotodinàmiques amb conceptes d’òptica”

Amb aquest projecte has aconseguit una beca del programa Beatriu de Pinós, de l’AGAUR. Que representa per a tu haver rebut aquesta beca? 

Roger B.  Correcte. Es tracta d’una beca co-finançada per la Comissió Europea. Em fa molta il·lusió haver-la rebut, i em permetrà començar una nova etapa a la meva vida d’investigador. I, sobre tot, em permetrà expandir encara més el meu coneixement en aquest món de les ciències fotòniques aplicades a les biociències i la medicina.

Santi N. Es tracta d’una beca molt competitiva, pensada especialment per recuperar el talent d’investigadors formats a l’estranger i que retornin el talent cap al país. El grup del Dr. Hofkens a Lovaina és el referent en tècniques avançades de microscòpia, eines claus per al desenvolupament actual de la Química Física. Amb aquesta beca, el Roger podrà posar en marxa totes aquestes tècniques que ha après a Lovaina i que, sens dubte, contribuiran a fer recerca transversal dins d’IQS.

Què suposa pel vostre grup la tornada d’en Roger?  

Santi N. La incorporació d’en Roger potencia enormement el grup AppLightChem, incorporem un actiu importantíssim, tant per la bona persona que és com per la tecnologia i coneixement que aporta al grup: ens permet abordar aspectes de recerca que fins ara estaven fora del nostre abast, com és tot el tema de l’obtenció d’imatges en sistemes micro i nanoscòpics. Les nanociències i les biociències han posat sobre la taula la necessitat d’estudiar i comprendre, a nivell molecular, els eixos de la heterogeneïtat i les interaccions, per exemple, entre sistemes complexos, com fàrmac-receptor, orgànuls-cèl·lula, etc. Per tal de poder estudiar la complexitat és imprescindible disposar d’eines adequades, tasca per a la que la Fotònica és ideal atès el seu caràcter no invasiu i que no deixa rastre ni residus. La Comissió Europea fa temps que ha determinat que la Fotònica ocupi ara el lloc essencial que al seu dia va ocupar la Electrònica.

Un centre com IQS no pot deixar passar l’oportunitat de mantenir el lideratge en Fotònica Molecular. En va ser pioner amb el professor Dr. Joan Juli Bonet utilitzant-la en síntesi orgànica, tasca seguida per la Dra. Carme Brosa fins a la seva jubilació. El nostre grup va incorporar les tècniques làser per a fer estudis mecanístics amb alta resolució temporal i va estudiar-ne les aplicacions en fotobiologia i fotomedicina. Ara obrim una tercera etapa amb en Roger, amb la incorporació de les tècniques de microscòpia i imatge que ens han de permetre comprendre, a nivell molecular, la complexitat i les interaccions en sistemes microheterogenis.

La gran expertesa d’IQS en química, nanociència, biociència, materials, bioenginyeria i enginyeria biomèdica, etc. es veurà potenciada amb la incorporació d’en Roger, atès el caràcter transversal de la fotònica molecular. La història de la ciència ens ensenya que el desenvolupament de noves tècniques instrumentals moleculars – rol tradicional de la Química Física –, és una font d’oportunitats per a generar nous coneixements.

“Tota l’expertesa d’IQS en diverses àrees es veurà potenciada amb la incorporació d’en Roger, atès el caràcter transversal de la fotònica molecular”

Roger B.  Aspirem a desenvolupar nova tecnologia, és el que he après treballant amb el grup de Bèlgica. Aquesta és la idea de desenvolupar per primera vegada el microscopi que comentava abans per detecció de l’oxigen singlet en medis rellevants en el camp biològic.

Santi N. Volem desenvolupar tècniques d’imatge sofisticades que ajudin als cirurgians a identificar millor els marges d’un tumor i per tant a eliminar-lo amb més seguretat. Estem col·laborant amb diversos hospitals per al tractament de càncer de mama i tumors cerebrals.

Què aporta un postdoc a un grup de recerca que essencialment compta amb doctorands i professors? 

Santi N. El nostre focus a IQS està en la formació de persones competents i amb valors. Tradicionalment la recerca a IQS s’ha basat en doctorands, però la globalització de la recerca i l’augment de la seva complexitat ha portat a la necessitat d’incorporar la figura de l’investigador postdoctoral.

Roger B.  En el cas del grup del Dr. Hofkens, hi havia més postdocs que doctorands. Els postdocs fem d’alguna manera de nexe d’unió amb els doctorands i ajudem allà on el professor titular no pot arribar.

Santi N. I crec que l’objectiu essencial d’IQS ha de seguir sent formar persones. La incorporació de postdocs és necessària, per que contribueixen encara més a aquesta tasca formativa, a la vegada que garanteixen resultats de recerca de primera divisió.

Voldria afegir que és crític que els postdocs siguin internacionals. Cada grup de recerca ha de ser com ‘una antena’ que amplifiqui, i ha de disposar d’investigadors joves que puguin aportar les coses interessants que s’estan desenvolupant i treballant més enllà de les nostres fronteres, amb bones idees sobre tot allò que és emergent, per tal de pujar el nivell tecnològic i científic del nostre centre.