Nanotecnología

Todos podemos ver en las grandes ciudades cómo se está produciendo un cambio en los sistemas de señalización en las vías. Los semáforos tal y como los conocíamos están pasando a la historia y es que las antiguas bombillas de señalización, aquellas que además de estropearse cada dos por tres y de no ser visibles cuando el sol incidía sobre ellas, están desapareciendo a marchas forzadas. Su alto consumo energético y su baja eficiencia lumínica, hace que éstas se estén sustituyendo por paneles de LED's que además de un cosiderable ahorro energético, aumentan consideramblemente la luminosidad. En una nueva vuelta de tuerca, un grupo de investigadores americanos han conseguido aumentar la señal de salida de estos dispositivos un 70% sin un coste energético superior. Las investigaciones realizadas han ido encaminadas a la modificación de un diodo LED de nitruro de galio tal y como ilustramos en la figura. Como puede observarse, sobre un diodo LED normal se ha credico una lámina delgada de óxido de zinc, a la cual se le ha incorporado galio, y sobre ésta lámina se han crecido nanohilos de óxido de zinc perpendiculares a la superficie. Esta modificación ha conseguido que que esta nueva capa actúe como  una capa de extracción de luz para el LED consiguiendo los rendimientos anteriormente citados. Hemos de indicar que la capa de sólo la capa de nanohilos de ZnO produce un incremento del 20% en la señal lumínica de salida. El trabajo ha sido publicado recientemente en la revista "Applied Physics Letter" ( APL 90, pp. 203515, año 2007).

Las enfermedades cardiovasculares son la principal causa de muerte en nuestro país por encima incluso de los accidentes de tráfico. Y entre ellas los infartos son los más importantes. Y la causa más frecuente de infarto son las placas de ateroma que se forman en nuestras arterias, las endurecen y las privan de su flexibilidad y elasticidad características. La nanotecnología puede ayudar a deshacer de forma segura estas placas y a restringir su crecimiento.

Las placas de ateroma se forman debido a que el exceso de partículas de lipoproteínas de baja densidad (LBD) en el torrente sanguíneo se incrusta en la pared de la arteria. En respuesta, los glóbulos blancos (monocitos) llegan al sitio de la lesión, pegándose a las moléculas por adhesión. Este nuevo cuerpo formado es llevado al interior de la pared de la arteria por las quimoquinas. Una vez dentro de la pared, los monocitos cubren la LBD para deshecharla, pero si hay demasiada, se apiñan, volviéndose espumosos. Estas "células espumosas" reunidas en la pared del vaso sanguíneo forman una veta de grasa que es el inicio de la formación de la placa de ateroma.

Pero, ¿cuál es la relación entre la formación de las placas de ateroma y las enfermedades cardiovasculares? Las placas de ateroma pueden llegar a obstruir totalmente la luz del vaso arterial, con lo que ello supone de interrupción del riego sanguíneo. En ocasiones, la placa de ateroma se puede ulcerar, resquebrajar o desprenderse, fenómenos que favorecen la activación de sistema de coagulación de la sangre. Se produce de forma brusca la formación de un coágulo o trombo que se deposita sobre la placa de ateroma taponando todo el vaso sanguíneo. Esto es lo que sucede por ejemplo en el infarto agudo de miocardio. A veces, los trombos pueden desprenderse de la placa y navegar a través de la sangre hasta otros lugares de la red arterial, donde pueden depositarse y obstruir otros vasos sanguíneos, dañando otros tejidos lejanos al punto donde se originaron. Son los denominados émbolos. Bibliografía sobre el tema hay para dar y regalar pero con este pequeño párrafo creo que queda claro el protagonismo de las placas de ateroma en las enfermedades cardiovasculares.

¿Qué puede hacer la nanotecnología para evitar esto, es decir, que puede hacer contra las placas de ateroma?. Según un artículo publicado el 16 de agosto de 2006 en Nanotechweb.org, investigadores de la facultad de medicina de la Universidad de Washington, del Philips Medical Systems, del Bristol-Myers Squibb Medical Imaging y de la Universidad de Missouri, han usado nanopartículas para administrar un fármaco dirigido contra estas placas de ateroma.
El medicamento se llama Fumagillin y su actuación se basa en lo siguiente: Las placas desarrollan su propia fuente de riego para crecer, para ello generan pequeños vasos sanguíneos en la pared de la arteria que se comunican con la placa. Este fármaco lo que hace es restringir el crecimiento de estos nuevos vasos sanguíneos. Para estudiar el funcionamiento de este fármaco, los investigadores unieron al Fumagillin nanopartículas paramagnéticas además de un componente que se pega a las células de los nuevos vasos sanguíneos en desarrollo, lo que hace que las partículas se concentren en el lugar deseado. Posteriormente, éstas se pueden visualizar por resonancia magnética permitiendo a los médicos comprobar que el fármaco había llegado a la localización deseada, medir la cantidad y hacer un seguimiento del progreso del tratamiento. El quid de la cuestión para el uso de las nanopartículas es que estas concentran el fármaco en el lugar en que es necesario, lo que permite reducir la dosis, cosa que es muy importante pues el Fumagillin puede tener efectos secundarios neurocognitivos y dañar el cerebro en dosis elevadas. En un artículo publicado en Arteriosclerosis Trombosis, and Vascular Biology, estos científicos utilizaron una dosis de Fumagillin 50000 veces menor a la usada en un estudio anterior sin nanopartículas y a pesar de ello el tratamiento redujo el crecimiento de nuevos vasos sanguíneos de las placas en un 60-80 %.

El uso de las nanopartículas, no como elemento activo del medicamento sino como elemento direccional del mismo permite reducir las dosis (ya que estas serían más efectivas) lo que podría abrir las puertas a muchos fármacos que no han sido aún probados por causar demasiados efectos secundarios a elevadas dosis.

Últimamente comienza a ser habitual encontrar en una misma frase la palabra nanotecnología seguida de palabras de peligro. Cada vez son más los riesgos y consecuencias que se prevén en este siglo XXI como consecuencia del desarrollo que sufre la nanotecnología y las constantes carreras de los gobiernos por obtener las patentes. La mayoría de las compañías más grandes del mundo, de todos los sectores sin restricción, invierten en investigación y desarrollo de la nanotecnología: desarrollo de armas, minería y manufactura, energéticos, electrónica, farmacéutica, procesamiento de alimentos y químicos. Pero la preocupación por la desestabilización económica como consecuencia de este desarrollo y carrera por la obtención del mayor número de patentes comienza a ser mayor y la oposición de grupos cada vez toma más fuerza, como es el caso del Grupo de Acción y Erosión, Tecnología y Concentración (ETC group) cuyo Director Ejecutivo es Pat Mooney. Al grupo ETC le preocupa enormemente la desestabilización de las economías de países pobres, los cuales no pueden competir en esta carrera y a los que se les pone en peligro la supervivencia de los trabajadores y los productos básicos.Nadie se hace cargo de prevenir nuevos monopolios corporativos, ni de las cuestiones críticas relacionadas con los derechos humanos, la privacidad y las aplicaciones de carácter militar, es algo de lo que se lamenta Pat Mooney. El cambio que sufrirán los procesos de obtención de productos básicos como son los de alimentación, energía, etc, creará una desestabilización en la que los principales perjudicados serán los países pobres, acentuando todavía más la diferencia que existe en la actualidad.

  El 7 de junio de 2005, la comisión europea mandó al consejo, al parlamento europeo y al comité económico y social europeo un documento cuyo título ya hace intuir su propósito: "Nanociencias y nanotecnologías: Un plan de acción para Europa 2005-2009". Según este documento, la comisión defiende que Europa ha de evitar repetir la paradoja europea que se observa respecto a otras tecnologías y transformar sus programas de investigación y desarrollo en este campo en productos útiles y generadores de riqueza según la llamada "Estrategia de Lisboa". El objetivo perseguido es el de reforzar el liderazgo de la unión en I+D e innovación en el ámbito de las nanociencias y las nanotecnologías. Ahora bien, no a cualquier precio, es decir, abordándose los riesgos para la salud, la seguridad y el medio ambiente que pueden asociarse a estos productos y a sus aplicaciones en todo su ciclo de vida. Para todo ello la comisión propone una serie de medidas que han de afrontar todos los estados miembros y deben acatar también aquellos estados que se unan a la misma durante el tiempo de vigencia de las leyes y acciones que emanen de estos documentos. Entre ellas se incluyen: el aumento de las inversiones y la coordinación en I+D, el desarrollo de una infraestructura de I+D competitiva a nivel interncional (los llamados polos de excelencia), fomentar la educación, la formación y la interdisciplinariedad entre los científicos, así como el espíritu empresarial, el establecimiento de condiciones favorables para la innovación industrial, el respeto a los principios éticos y la integración de las consideraciones sociales en estos procesos así como el hecho de hacer pedagogía con los ciudadanos y la consideración de los riesgos que el uso de esta tecnología puede suponer y la forma de abordarlos y superarlos.Tras ser acogido favorablemente por el Consejo de Competitividad y por el Comité económico social y europeo, la comisión empezó con la elaboración del presente documento, apoyado además por las 750 respuestas favorables de una amplia consulta pública para la presentación de observaciones.

   Tras esta introducción el documento completo lo podéis ver en la siguiente dirección web. Me parece muy interesante y lo que me gustaría hacer a continuación es comentar alguno de los puntos que me han parecido más curiosos del documento.

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La nanotecnología poco a poco ha ido logrando una aceptación generalizada. Industrias que apostaron desde un inicio por el desarrollo de esta nueva ciencia tuvieron que explicar al mundo las ventajas y las nuevas dimensiones que el uso de la nanotecnología podía dar en todos los mercados, mejorando infinitamente nuestra calidad de vida.

Pero después de adquirir una aceptación global es cuando empiezan a sonar las sirenas de alarma…
La nanotecnología se encuentra en multitud de sectores como son el de la biomédica, farmacéutica, alimentación, agricultura, cosmética… entre otras.

Las aplicaciones de la nanotecnología más usadas comercialmente a escala mundial son las nanopartículas, fabricadas con el fin de cambiar las propiedades que tienen o combinarlas, y las nanocápsulas que tanto uso se le está dando en el mundo de la nanomedicina como pequeños contendores de sustancias para la liberación controlada de algún fármaco, o también usada en la industria de la cosmética para la administración del cosmético.

En el mercado ya se encuentran 475 productos que hacen uso de la nanotecnología como son protectores solares, cosméticos, aditivos alimentarios, plaguicidas, textiles, barnices, recubrimientos y membranas aplicadas a artículos del hogar, chips, sensores y dispositivos para diagnóstico.

Se ha estimado por la Fundación Nacional de la Ciencia (NSF), en EEUU, que en el año 2012 la mitad de la industria farmacéutica hará uso de la nanotecnología.
Ahora es cuando empieza la controversia. Las industrias cosméticas empiezan a lanzar sus productos al mercado conteniendo nanopartículas.
L´Oréal hace marketing de una amplia gama de tratamientos de piel que hacen uso de nanopartículas, a pesar de las preocupaciones que levantan las nanopartículas en el efecto producido a largo plazo sobre el ser humano.
La Cosmetic Toiletry and Perfumery Association se defiende ante los ataques de temor de posibles efectos adversos comentando que las nanopartículas no se usan ampliamente en los productos cosméticos, pero que los productos están siendo cuidadosamente probados antes de su lanzamiento.

En 1997 investigadores de las Universidades de Oxford y Montreal demostraron que las nanopartículas de dióxido de titanio y zinc, empleadas en los bloqueadores solares y cosméticos, producen radicales libres en las células de la piel dañando el ADN. La mayor parte de las cremas antiarrugas y cosméticos de efecto rápido que contienen estas partículas aceleran el envejecimiento por la generación de los radicales libres que se forman… ¿no es una contradicción interesante?.
L´Oréal se defendió de este ataque asegurando del conocimiento de este efecto y que para evitarlo las nanopartículas se sintetizaban con una recubierta que protege además de combatir los radicales.

Posteriores pruebas de laboratorio han ido demostrando efectos secundarios de estas nanopartículas. Por ejemplo en el 2002, el Centro de Nanotecnología Biológica y Ambiental de la Universidad de Rice, informó de que las nanopartículas se acumulan en el hígado y riñones de los animales a los que se realizaban las pruebas, siendo un origen posible de tumores además de daños al ADN. El problema principal que implican estas partículas es que su tamaño es un riesgo en el sistema inmunológico ya que éste no las detecta, pudiendo llegar a atravesar la barrera sanguínea que rodea el cerebro, con posibles efectos potencialmente tóxicos.

Pat Mooney, director del Grupo de Acción sobre Erosión, Tecnología y Concentración (Grupo ETC), recibió el Premio Right Livelihood Award, por su trabajo pionero a nivel internacional sobre impactos sociales y ambientales de la revolución biotecnológica.

Se puede apreciar la preocupación que siente ante el desarrollo tan precoz que vive la nanotecnología. Según Mooney: “Más que una nueva ola tecnológica, la nanotecnología es un tsunami tecnológico”, “Estamos pasando de los productos genéticamente modificados a los productos atómicamente modificados, de la ingeniería genética a la geo-ingeniería, de los transgénicos a los trans-atómicos, sin en el análisis y precaución que sería necesaria debido a los alcances de estas tecnologías”.

Además de estas preocupaciones se suman la proliferación de productos nanotecnológicos ya que la falta de regulación se debe a que los químicos que ahora se emplean en nanopartículas que están aprobadas en su formulación macro, o como micropartículas.

También advertir que productos que contienen nanopartículas están en el mercado mexicano y ¡al no estar etiquetados los consumidores no somos capaces de distinguirlos!, pudiendo estar en cosméticos de la empresa L´Oreal, en BASF como aditivos alimentarios. Las empresas Monsanto, Bayer, Dupont, Syngenta, Dow y BASF tienen grandes inversiones en la investigación nanotecnológica. Por ejemplo ya se hace uso en campos agrícolas de un plaguicida nanoformulado de Syngenta, sin haber analizado el posible impacto ambiental que pudiera producir.
Estamos en un punto donde en las empresas no se plantean ninguna ética viendo en las nanopartículas una importante inversión y donde los gobiernos no parecen movilizarse.

Queda mucho por saber sobre estas nuevas partículas y se les está abriendo las puertas sin ser concientes de las posibles repercusiones que pueden causarnos… el futuro nos dirá.

   Un grupo de científicos europeos ha lanzado la voz de alarma y ha planteado la necesidad de desarrollar nuevos métodos para evaluar los potenciales riesgos del uso de nanomateriales en productos cosméticos. El comité científico de la Unión Europea responsable del control de los productos de consumo (SCCP) adoptó la semana pasada una opinión preliminar  sobre la seguridad de los productos cosméticos que contienen nanomateriales.  El SCCP y la comisión europea han lanzado un proceso de consulta pública sobre este tema que deberá estar cerrada el próximo día 6 de Septiembre.

  En su opinión, la SCCP ha indicado que los métodos tradicionales de detección de riesgos - i.e. identificación y caracterización del peligro y la evaluación de los problemas a la exposición - podría no ser adecuada para la correcta evaluación de los productos que contienen nanomateriales, sobre todo en el caso de los productos cosméticos. Por tanto, se plantea la necesidad de desarrollar o de utilizar alguna de las metodologías ya existentes para evaluar y caracterizar el peligro y la exposición. El SCCP considera que el riesgo del uso de nanopartículas en los cosméticos debería evaluarse caso por caso, teniendo en cuenta las características físicas y químicas de los nanomateriales utilizados. Las evaluaciones previas de los nanomateriales usados en cosmética deberán por tanto ser revisadas.

   Científicos de la Universidad Nacional de Yokohama en Japón han desarrollado el primer láser a escala nanométrica que posee una alta eficiencia a temperatura ambiente. El dispositivo desarrollado produce emisión láser en el rango espectral del infrarrojo cercano de manera continua y estable. El dispositivo en sí posee una longitud de algunas micras mientras que la parte del dispositivo que produce la emisión láser tiene unas dimensiones de algunos nanómetros de escala en todas sus direcciones. La potencia de este dispositivo láser sólo es de algunos microvatios, una de las más pequeñas que se han conseguido hasta el momento. El futuro de este nanoláser podría estar en su utilización en circuitos miniaturizados con dispositivos ópticos acoplados. El trabajo presentado por estos investigadores ha sido publicado en el último número de la revista "Optics Express".  

   El dispositivo láser está fabricado a partir de un semiconductor cuaternario como es el GaInAsP. Como hemos comentado, este dispositivo trabaja en emisión continua de luz, en vez de en emisión pulsada, lo cual supone un nuevo hito en esta clase de dispositivos ya que es más complicado de conseguir debido a que el consumo de energía por parte del dispositivo es mayor y por ende presenta problemas en la disipación del calor. De acuerdo a las informaciones facilitadas por los responsables del proyecto, este nanoláser podrá operar en dos modos dependiendo del conocido factor "Q".