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Anuncio de los ganadores de las becas de la Escuela de Materiales Avanzados de Stanford de 2026
Nos complace anunciar que la ganadora de la Beca del Stanford Advanced Materials College para 2026 es:
Elena Zancanaro
Estudiante de posgrado del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC)
La propuesta de investigación de Elena Zancanaro presenta una plataforma innovadora de nanobots biodegradables impulsados por enzimas, basada en ácido poliláctico-co-glicólico (PLGA) y diseñada específicamente para el tratamiento localizado del cáncer de vejiga. Al ampliar el concepto probado de los nanomotores impulsados por ureasa hacia un portador orgánico y biocompatible, su trabajo aborda el reto traslacional fundamental de pasar de la nanomedicina activa basada en materiales inorgánicos persistentes a sistemas de administración de fármacos más seguros, escalables y clínicamente relevantes. Su propuesta ofrece un marco experimental sólido para comparar nanobots pasivos, activos y con superficies funcionalizadas, lo que aporta valiosas perspectivas para el futuro desarrollo de terapias oncológicas intravesicales de precisión.
La Beca del Stanford Advanced Materials College reconoce a jóvenes investigadores destacados que han demostrado una innovación y una capacidad intelectual excepcionales en la investigación y la aplicación de materiales. Felicitamos calurosamente a Elena Zancanaro por este logro y, al mismo tiempo, expresamos nuestro más sincero agradecimiento a todos los candidatos. Gracias a la entusiasta participación de tantos distinguidos investigadores, el propio proceso de selección se convirtió en un intercambio académico de alto nivel, que permitió vislumbrar el apasionante futuro de la ciencia de los materiales.
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Proyecto ganador:
Propuesta original de la ganadora:
Elena-Zancanaro-Stanford-Advanced-Materials-Scholarship-2026-.pdf
Nanobots biodegradables impulsados por enzimas para el tratamiento localizado del cáncer de vejiga
RESUMEN
El cáncer de vejiga se presta especialmente al tratamiento local, ya que los agentes terapéuticos pueden administrarse directamente en la vejiga. Sin embargo, la terapia intravesical sigue viéndose limitada por la dilución de la orina, la micción periódica y la baja permeabilidad del urotelio, factores que reducen la permanencia y la penetración del fármaco. Los nanobots impulsados por ureasa ofrecen una solución convincente basada en materiales: aprovechan la urea de la orina como combustible químico local y pueden mejorar la mezcla de partículas, la interacción con los tejidos y la acumulación en el tumor. Un trabajo reciente dirigido por Samuel Sánchez y sus colaboradores demostró que los nanobots de sílice mesoporosa con ureasa se acumulaban de forma eficaz en los tumores de vejiga y, cuando transportaban yodo-131, reducían el volumen tumoral en aproximadamente un 90 % en un modelo murino. El siguiente reto traslacional es el propio material portador. Esta propuesta investiga un nanobot orgánico y biodegradable basado en ácido poli(láctico-co-glicólico) (PLGA), funcionalizado opcionalmente con ácido hialurónico, que transporta ureasa accesible en superficie y una carga terapéutica. El enfoque de la investigación consistiría en comparar nanopartículas pasivas, nanobots de ureasa activos y nanobots activos funcionalizados en superficie mediante mediciones del tamaño de las partículas, la actividad enzimática, el movimiento en orina artificial, la carga y liberación del fármaco, la degradación, la penetración en esferoides tumorales y la citotoxicidad. El objetivo es conservar las ventajas del movimiento autónomo al tiempo que se mejoran la biodegradabilidad, la eliminación y la facilidad de fabricación. Dicha plataforma podría hacer avanzar la nanomedicina activa desde los sistemas de prueba de concepto hacia una administración intravesical de fármacos más segura, escalable y clínicamente relevante.
1. Necesidad clínica: por qué la vejiga es un banco de pruebas ideal para la nanomedicina activa
El cáncer de vejiga ofrece una oportunidad terapéutica poco común: los fármacos pueden administrarse directamente en el órgano afectado mediante instilación intravesical. La administración local puede aumentar la exposición en el tumor al tiempo que limita la toxicidad sistémica. Sin embargo, la vejiga también es un entorno difícil para la administración de fármacos. La producción continua de orina diluye los agentes terapéuticos, la micción periódica acorta el tiempo de permanencia y la barrera urotelial restringe la penetración en la pared de la vejiga. Estos problemas ayudan a explicar por qué los nuevos sistemas de administración intravesical se centran en la retención, la permeabilidad y la orientación local [1,2].
Un material capaz de redistribuirse activamente tras su administración podría resolver parte de este problema. En lugar de depender únicamente de la difusión y el contacto aleatorio, un portador activo podría utilizar un sustrato químico ya presente en la vejiga para generar movimiento, lo que aumentaría la mezcla y la interacción con el tejido tumoral. Esto convierte al cáncer de vejiga en un escenario especialmente atractivo para la nanomedicina impulsada por enzimas.
2. Fundamentos científicos: nanobots impulsados por ureasa
Los nanobots impulsados por enzimas convierten una reacción bioquímica en un movimiento mejorado de las partículas. La ureasa resulta especialmente atractiva en la vejiga porque su sustrato, la urea, abunda en la orina. La ureasa cataliza la hidrólisis de la urea, lo que altera el entorno químico local y produce una mayor difusión o propulsión de las partículas funcionalizadas con enzimas. El movimiento exacto depende de la arquitectura de las partículas y de las condiciones de la reacción, por lo que debe medirse en lugar de suponerse.
La evidencia más sólida a favor de esta estrategia proviene del trabajo realizado por el grupo de «Smart Nano-Bio-Devices» de Samuel Sánchez en el IBEC. Simó y sus colegas desarrollaron nanorobots de sílice mesoporosa de aproximadamente 450 nm funcionalizados con ureasa. En un modelo ortotópico en ratones, los nanobots activos mostraron un aumento notable de la acumulación y la penetración en el tumor. Las mediciones por PET indicaron un aumento de aproximadamente ocho veces en la acumulación tumoral, mientras que los nanobots marcados con yodo-131 produjeron una reducción del volumen tumoral cercana al 90 % en las condiciones más eficaces [3]. Un estudio posterior también demostró la eficacia de un nanomotor impulsado por ureasa que transportaba un agonista de STING para la inmunoterapia del cáncer de vejiga, lo que puso de manifiesto que el concepto de propulsión puede combinarse con diferentes cargas terapéuticas [4].
Figura 1. Acumulación tumoral relativa descrita por Simó et al. [3]. El estudio informó de un aumento de aproximadamente ocho veces, según la PET, en el caso de los nanobots activos impulsados por ureasa; la condición pasiva/de referencia se ha normalizado aquí a 1 para facilitar la visualización.
3. Innovación material propuesta: de la sílice a los nanobots orgánicos biodegradables
La propuesta central consiste en sustituir un portador inorgánico persistente por un nanobot orgánico biodegradable, conservando al mismo tiempo la actividad catalítica. Esta línea de trabajo coincide estrechamente con la siguiente etapa descrita públicamente por el IBEC: el equipo de Sánchez está desarrollando materiales orgánicos y biocompatibles que se biodegradan tras la administración del fármaco, con el objetivo de facilitar su eliminación [5].
El PLGA es un firme candidato para el núcleo estructural. Se trata de un polímero biodegradable ampliamente estudiado para la administración de fármacos, capaz de encapsular diversas cargas útiles y que ofrece una degradación ajustable mediante la composición del polímero y el peso molecular [6]. Es importante destacar que ya se han demostrado in vivo, en otro contexto biológico, nanomotores de PLGA biodegradables impulsados por ureasa, lo que respalda la viabilidad de combinar la catálisis de la ureasa con una plataforma de polímero degradable [7].
Un segundo material, el ácido hialurónico (AH), podría evaluarse como una capa superficial opcional, en lugar de dar por sentado que resulta beneficioso. El AH es biocompatible, biodegradable y químicamente modificable, y los nanotransportadores recubiertos de AH son objeto de una amplia investigación en relación con las interacciones tumorales mediadas por CD44 [8]. Por lo tanto, su inclusión se sometería a pruebas experimentales: si el HA mejora la estabilidad coloidal, la retención o la interacción con las células tumorales sin suprimir la actividad de la ureasa ni el movimiento, podría aportar funcionalidad biológica. Si, por el contrario, reduce la propulsión o la estabilidad en la orina, sería preferible el diseño más sencillo de PLGA-ureasa. El principio de diseño es que cada material debe justificar su presencia mediante una función medible.
4. Arquitectura propuesta y mecanismo de acción
El nanobot propuesto contendría cuatro elementos funcionales: un núcleo biodegradable de PLGA, una carga terapéutica, ureasa accesible en la superficie y, en una de las variantes experimentales, una capa superficial que contiene HA. Tras la administración intravesical, la ureasa entraría en contacto con la urea presente en la orina y catalizaría su conversión. Los gradientes químicos resultantes generarían un mayor movimiento de las partículas, lo que aumentaría la probabilidad de interacción con la superficie del tumor y mejoraría potencialmente la penetración. A continuación, el núcleo polimérico liberaría su carga terapéutica de forma local. Por último, el PLGA se hidrolizaría en productos más pequeños que pueden metabolizarse o eliminarse, reduciendo la carga material a largo plazo.
Este diseño separa la propulsión de la terapia. La ureasa es el motor, el PLGA es el portador, la carga útil produce el efecto terapéutico y el AH es un modificador opcional de la interfaz biológica. Esa modularidad es importante porque permite optimizar cada elemento de forma independiente y sustituirlo a medida que cambian los requisitos clínicos.
Figura 2. Valores normalizados del volumen tumoral comunicados para los grupos de tratamiento en el estudio sobre cáncer de vejiga en ratones realizado por Simó et al. [3]. Los valores se han extraído del texto del artículo; este gráfico es una visualización de los datos publicados, no de nuevos resultados experimentales.
5. Enfoque de investigación
El proyecto comenzaría con la fabricación de nanopartículas de PLGA con tamaño y carga de fármaco controlados, seguida de una funcionalización de la ureasa mediante enlaces covalentes o por afinidad, elegida para preservar el acceso al sitio activo de la enzima. Se cuantificarían el diámetro de las partículas, la morfología, la carga superficial y la densidad enzimática. La actividad de la ureasa antes y después de la inmovilización determinaría si el proceso de fabricación daña la función catalítica.
A continuación, se compararían tres grupos experimentales: (A) nanopartículas de PLGA pasivas que transportan el fármaco pero no ureasa; (B) nanobots de PLGA activos que transportan el mismo fármaco más ureasa; y (C) nanobots de PLGA activos con ureasa y una capa superficial a base de HA. Se cuantificaría el movimiento en orina artificial en concentraciones de urea fisiológicamente relevantes mediante el seguimiento de partículas. Se medirían la eficiencia de carga del fármaco, la cinética de liberación, la estabilidad coloidal y la degradación del polímero en las mismas condiciones.
Los ensayos biológicos pasarían de las células de cáncer de vejiga a esferoides tumorales tridimensionales, donde se podría visualizar la penetración activa frente a la pasiva. La citotoxicidad se mediría tanto en células tumorales como en células uroteliales no malignas. Una formulación satisfactoria debería demostrar que la ureasa permanece activa, que el movimiento es reproducible, que la degradación está controlada y que la interacción tumoral mejorada se traduce en una ventaja terapéutica, en lugar de limitarse a un movimiento más rápido de las partículas.
6. Importancia para la industria médica y desarrollo futuro
El valor médico de este concepto radica en su aplicación clínica, no en hacer que los nanobots sean más complejos. Un sistema clínicamente útil debe ser biodegradable, fabricable, estable durante el almacenamiento, esterilizable y reproducible a gran escala. Los nanobots orgánicos podrían reducir las preocupaciones asociadas a la persistencia a largo plazo de los portadores inorgánicos, al tiempo que conservan la ventaja única del transporte activo.
Aún quedan varios retos por superar. La composición de la orina varía entre pacientes y a lo largo del tiempo; la actividad enzimática puede disminuir durante el almacenamiento o tras la inmovilización; es necesario evaluar los productos de degradación y la ureasa para detectar una posible inflamación local; y cualquier nanomedicina activa se enfrentaría a una exigente caracterización reglamentaria como producto combinado de material, enzima y fármaco. Los resultados en animales también deben interpretarse con cautela, ya que la vejiga humana es más grande y fisiológicamente diferente.
El desarrollo futuro podría integrar técnicas de imagen no invasivas, liberación selectiva o química de superficie específica para cada enfermedad, pero solo después de que se haya validado un motor biodegradable sencillo. La oportunidad a largo plazo es una plataforma modular en la que el andamio polimérico, la enzima catalítica y la carga terapéutica se seleccionen para un entorno biológico definido. En el cáncer de vejiga, donde la urea está presente de forma natural y el tratamiento ya es local, los nanobots biodegradables impulsados por ureasa ofrecen una vía realista para trasladar la materia activa a la tecnología médica.
Comparación experimental propuesta
|
Grupo |
Portador |
Motor de ureasa |
Objetivo |
|
A |
PLGA + carga útil |
No |
Línea de base pasiva |
|
B |
PLGA + carga útil |
Sí |
Efecto de la prueba del movimiento activo |
|
C |
PLGA + carga útil + capa de HA |
Sí |
Prueba de funcionalidad superficial añadida |
Criterios de evaluación principales
- Conservación de la actividad catalítica de la ureasa tras la inmovilización.
- Movimiento mejorado y reproducible en orina artificial que contenga urea fisiológicamente relevante.
- Carga y liberación controladas del fármaco sin fugas prematuras.
- Biodegradación predecible del portador polimérico.
- Mayor penetración o asociación en modelos tridimensionales de tumor de vejiga que en los controles pasivos.
- Mejora terapéutica sin aumento de la toxicidad para las células uroteliales no malignas.
BIOGRAFÍA
Elena Zancanaro es investigadora afiliada al grupo Smart Nano-Bio-Devices del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) en Barcelona. Estudió en la Universitat de Barcelona. Su experiencia investigadora abarca la nanomedicina, la física de la materia condensada y la caracterización de materiales, incluyendo trabajos sobre cálculos de la fuerza de Casimir en sistemas multicapa y topológicos, caracterización óptica mediante microscopía confocal, técnicas experimentales en caja de guantes y basadas en láser, y análisis XPS de materiales de carbono porosos jerárquicos. Sus intereses científicos se sitúan en la intersección entre la ciencia de los materiales, la física y la ingeniería biomédica, especialmente en el desarrollo de nanosistemas funcionales para aplicaciones médicas. Actualmente se interesa por cómo se pueden combinar los materiales biodegradables y la nanotecnología activa para crear sistemas de administración de fármacos más seguros y eficaces para la medicina de precisión.
REFERENCIAS
[1] Li, Z.-A. et al. Estrategias para la administración intravesical de fármacos: de las barreras fisiológicas de la vejiga a los posibles mecanismos de transporte. Acta Pharmaceutica Sinica B 14, 4738–4755 (2024). doi:10.1016/j.apsb.2024.07.003.
[2] Administración local de fármacos en el cáncer de vejiga: avances en los sistemas de administración de fármacos a escala nano, micro y macro. Pharmaceutics (indexado en 2023/2024). PMID de PubMed: 38140065.
[3] Simó, C. et al. Nanobots impulsados por ureasa para el tratamiento del cáncer de vejiga con radionúclidos. Nature Nanotechnology 19, 554–564 (2024). doi:10.1038/s41565-023-01577-y.
[4] Choi, H. et al. Nanomotor impulsado por ureasa que contiene un agonista de STING para la inmunoterapia del cáncer de vejiga. Nature Communications 15, 9934 (2024). doi:10.1038/s41467-024-54293-z.
[5] Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC). El investigador Samuel Sánchez recibe una beca Leonardo. 19 de septiembre de 2024.
[6] Fabricación y funcionalización de nanopartículas de ácido poliláctico-co-glicólico, y consideraciones biológicas para la administración de fármacos. PubMed PMID: 39296325 (2024).
[7] Distribución gastrointestinal de nanomotores biodegradables diseñados y accionados por ureasa. PubMed PMID: 41046940 (2025).
[8] Hou, X. y Zhang, H. Avances en la investigación sobre nanotransportadores recubiertos de ácido hialurónico en la terapia oncológica dirigida. Cancer Biotherapy and Radiopharmaceuticals (2024). doi:10.1089/cbr.2024.0143.
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