Fluoresecence Imaging Group (FIG-UAM)

El Grupo de Imagen por Fluorescencia de la Universidad Autónoma de Madrid (FIG como abreviatura de Fluorescence Imaging Group) fue creado en el año 2010 por investigadores de los departamentos de Física de Materiales y Biología la UAM. El grupo se creó con el objetivo de investigar la aplicación de nuevos materiales nano­estructurados luminiscentes como elementos de contraste para imagen avanzada de sistemas biológicos. Desde su creación el grupo ha experimentado una sólida expansión. En la actualidad el grupo presenta la siguiente distribución de personal:

• 9 investigadores permanentes incluyendo doctores en Física, Química, Farmacia, Medicina, Veterinaria y Biología.

• 4 estudiantes post­doctorales, incluyendo un investigador Juan de la Cierva y un investigador Sara Borrel.

• 5 estudiantes predoctorales.

El carácter altamente multidisciplinar del personal del grupo se plasma también en las facilidades técnicas disponibles. El FIG cuenta con cuatro laboratorios que operan de forma coordinada y que comparten recursos y materiales. A continuación, se describen estos cuatro laboratorios indicando, en cada caso, el tipo de actividades que se desarrollan en cada uno de ellos:

1. Laboratorio de síntesis de nanopartículas.­ En este laboratorio se cuenta con todo el material y equipamiento necesario para la síntesis de nanopartículas dieléctricas dopadas con iones luminiscentes de tierras raras por el método hidrotermal y de nano estructuras híbridas mediante la técnica del encapsulamiento polimérico. El laboratorio también cuenta con el equipamiento necesario para la modificación superficial de nanoestructuras coloidales.

2. Laboratorio de microscopía láser.­ Este laboratorio cuenta con diferentes fuentes de luz láser (pulsadas y de onda continua sintonizables desde 400 hasta 200 nm) las cuales permiten la excitación óptica de numerosas nanoestructuras luminiscentes. El laboratorio incorpora dos microscopios confocales de barrido láser con capacidad de análisis espectral desde 200 hasta 1700 nm. Estos equipos permiten la adquisición de imágenes a nivel celular mediante el uso de nanoestructuras luminiscentes. Finalmente dispone de un equipo de atrapamiento óptico para la manipulación individual de nanoestructuras luminiscentes.

3. Laboratorio de cultivo celular.­ Este laboratorio cuenta con todo el material necesario para el cultivo de diferentes líneas celulares (cancerígenas, del sistema cardiovascular, etc..), la realización de experimentos de toxicidad celular y para el marcaje de células mediante nanoestructuras luminiscentes.

4. Laboratorio de imagen animal.­Este laboratorio se encuentra ubicado en la Facultad de Medicina de la UAM junto a las instalaciones del animalario . El laboratorio cuenta con todo el material necesario para la investigación de modelos animales, (incluyendo un quirófano) así como con sistemas para desarrollo de modelos ex vivo de corazón. Los experimentos de imagen animal se realizan en un sistema de imagen por fluorescencia diseñado y desarrollado por el propio FIG que se basa en fuentes de excitación laser infrarrojas compactas y en sistemas ópticos de adquisición en el rango infrarrojo (700­1700 nm). El animalario permite el acceso a animales, su conservación y su estudio a medio y largo plazo

Resultados más relevantes en los últimos 5 años en relación con el programa

En los últimos 5 años el FIG ha centrado su actividad investigadora en el diseño y desarrollo de nuevos sistemas nanoestructurados luminiscentes como elementos de contraste y de terapia en sistemas biológicos, tanto a nivel in vitro como in vivo. De forma más concreta el FIG se ha centrado en aquellos materiales que permitían la medida no invasiva de la temperatura de sistemas biológicos. El FIG ha sido pionero en el desarrollo de la Nanotermometría por Fluorescencia, la cual utiliza nanoestructuras cuya emisión es altamente dependiente de la temperatura, de tal manera que un análisis espectral de dicha emisión permite una detección remota de la temperatura. De forma paralela el FIG ha desarrollado nuevos materiales y técnicas para la obtención de imágenes in vivo de alta penetración, mediante el uso de radiación infrarroja dentro de las denominadas ventanas biológicas (700­1700 nm). Durante los últimos cinco años el FIG ha conseguido solucionar de forma exitosa diferentes problemas de interés en el campo de la biomedicina. A continuación se describen los resultados más relevantes:

1. El FIG ha conseguido desarrollar nuevos materiales y técnicas de imagen (basadas en el establecimiento de retrasos temporales entre excitación y adquisición) que han permitido la obtención de imágenes de alta penetración de modelos animales (ratones) de alto contraste mediante la supresión de la auto fluorescencia infrarroja de tejidos y ́órganos. Ver "Overcoming Autofluorescence: Long­Lifetime Infrared Nanoparticles for Time­Gated In Vivo Imaging" Blanca del Rosal, et al.. Advanced Materials. DOI: 10.1002/adma.201603583 (2016).

2. En cooperación con la Unidad de Cardiología intervencionista del Hospital la Princesa el FIG ha desarrollado nanomateriales luminiscentes infrarrojos que han permitido la obtención de imágenes intracoronarias multimodales basadas en la combinación de las técnicas de Tomografía de Coherencia Optica y de Fluorescencia infrarroja. Ver “Quantum Dots emitting in the third biological window as bimodal contrast agents for cardiovascular imaging” Hu Jie et al. Advanced Functional Materials. In press.

3. El FIG ha demostrado recientemente el potencial uso de nanotermómetros luminiscentes infrarrojos como sondas de detección e imagen de daño isquémico mediante la combinación de la técnica de Imagen por Fluorescencia Infrarroja y la Termometría que es capaz de determinar las propiedades de órganos y tejidos mediante el estudio de su dinámica de calentamiento y/o enfriamiento. Ver "In Vivo Ischemia Detection by Luminescent Nanothermometers" Erving Clayton Ximendes et al. Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201601195 (2017).

4. La combinación de las técnicas de Imagen y Nanotermometría por Fluorescencia ha permitido al FIG el desarrollo de terapias, térmicas a nivel in vivo, totalmente controlables y mínimamente invasivas de modelos tumorales. Para ello se han utilizado nanoestructuras multifuncionales capaces de generar contraste luminiscente en el infrarrojo, calentar localmente y medir la temperatura de forma simultánea. Ver “Intratumoral Thermal Reading During Photo Thermal Therapy by Multifunctional Fluorescent Nanoparticles” Elisa Carrasco, et al. Advanced Functional Materials. 25, 615­626 (2015).

A modo de resumen, durante los últimos cinco años el FIG ha publicado un total de 99 artículos internacionales, ha formado a más de 10 investigadores posdoctorales extranjeros, ha generado 7 Tesis doctorales y ha presentado sus trabajos en más de 30 congresos internacionales