Nanotecnología

     Para eliminar los efectos secundarios de la quimioterapia al tratar diversas enfermedades, las aplicaciones médicas de nano-robots son enormes y ambiciosas. En la década pasada, los investigadores consiguieron muchas mejoras sobre los distintos sistemas requeridos en el desarrollo práctico de los nano-robots, tales como sensores, suministro de energía y transmisión de datos o información.

   Pero hay todavía mucho trabajo que hacer antes de que las diminutas “máquinas moleculares” puedan comenzar a viajar por nuestras arterias para diagnosticar o tratar nuestras dolencias. Un grupo de investigadores  ha desarrollado recientemente una innovadora aproximación de ayuda a la investigación y desarrollo de nano-robots  a la realidad virtual. Adriano Cavalcanti, Bijan Shirinzadeh, Robert Freitas Jr., y Tad Hogg, representando instituciones en Melbourne, Australia, y EE UU, han publicado su procedimiento de simulación en una reciente publicación en Nanotechnology. Tal como anteriormente, simulaciones en 3D ayudaron enormemente a ingenieros a acelerar la investigación del desarrollo en la industria de semiconductor, Cavalcanti y sus compañeros esperan, del mismo modo, que nano-robots virtuales, biomoleculas virtuales y arterias virtuales aceleren el progreso en el  desarrollo de  nano-robots. “El software NCD (diseño de control del nano-robot) es un sistema puesto en práctica para servir a modo de prueba para el prototipo de nanorobot 3D” afirmó Cavalcanti, presidente del Centro para la Automatización en Nanobiotecnología e investigador en la Universidad Monash en Melbourne. Es un avanzado simulador que proporciona la información física y numérica para el modelado de las tareas del nano-robot; sirviendo como una plataforma de  rápido desarrollo para la investigación médica con nano-robots. Las simulaciones NCD muestran cómo controlar un nano-robot dentro del cuerpo.

   En una demostración de la simulación a tiempo real, los nano-robots tenían la tarea de buscar proteínas en un ambiente dinámico virtual, e identificar y traer aquellas proteínas “a una entrada de órgano” específica para la entrega de medicina. Los investigadores analizaron como los nano-robots usaban estrategias diferentes para alcanzar este objetivo. Por ejemplo, los nanorobots podrían emplear capacidades sensoriales diferentes, tales como sensores químicos y térmicos, así como también, el movimiento aleatorio.   

    Para los nano-robots, una de las partes más difíciles era maniobrar lo suficientemente cerca de una biomolécula debido a la incapacidad de sentirla, por causa de otras fuerzas y movimientos de cuerpos diferentes. A diferencia que a macroescala, la viscosidad domina en el movimiento en arterias, afectando al trayecto de los nanorobots el encuentro de obstáculos y proteínas que se mueven pasivamente por el fluido. 
    Los investigadores probaron varios casos donde los  nano-robots usaban estrategias diferentes para detectar  proteínas, y en vasos sanguíneos de diversos diámetros. Como era de esperar, sus resultados mostraron que los nano-robots tienen una mejor posibilidad de encontrar un objetivo en los vasos más pequeños. También, el empleo tanto de biosensores químicos como térmicos mejoró enormemente la eficacia de los nano-robots en comparación con el movimiento aleatorio.

     Además, la simulación proporcionará instrumentos interactivos para muchos aspectos  del diseño de nano-robots, como métodos de control, diseño del motor… Los investigadores actualmente usan la simulación para pruebas en la cirugía laparoscópica, la diabetes, el cáncer, aneurismas cerebrales, cardiología, y suministro de medicación. El desarrollo es sumamente de colaboración, con avances dependiendo de futuras mejoras en nanoelectrónica, nuevos materiales, e investigaciones del genoma humano.    Por tanto uno de los factores principales para el satisfactorio desarrollo de los nano-robots debe consistir en reconciliar a profesionales con opiniones interdisciplinarias en ciencia y tecnología. Es necesario mantener los ojos abiertos para la química, la ingeniería de materiales, la electrónica, la informática, la física, la mecánica, fotónica, farmacología, y tecnologías de medicina.     Por otro lado, debido a la amplia variedad de usos, los nano-robots casi seguramente ofrecerán incentivos económicos. Además de usos en medicina, los nano-robots también presentan una importante estratégia militar para la defensa contra la contaminación biológica. Quizás todas estas razones pongan a nuestro alcance en un corto futuro (podríamos hablar del 2015) estos “diminutos personajes”.

  Son muchos los trabajos publicado en relación con la posibilidad de utilizar nanotubos de carbono como portadores de fármacos pero hasta ahora los informes relacionados con su posible toxicidad son contradictorios. Recientemente se ha publicado un trabajo en la revista Nature Nanotechnology en el cual se ha investigado, de manera directa la toxicidad de estos nanotubos en células linfáticas que como se sabe son las responsables de la primera defensa inmune del cuerpo humano frete a agresiones externas.

            En el trabajo, dirigido por Alexandra Porter de la Universidad de Cambridge en el Reino Unido, se muestra que los nanotubos de carbono tienen la capacidad de cruzar el citoplasma y el núcleo de una célula linfática llevándola a la muerte celular tras un determinado intervalo de tiempo. Hasta ahora existía gran dificultad en demostrar la toxicidad mediante observación directa. Porter y su equipo del Laboratorio Daresbury, usaron dos tipos de microscopía para obtener imágenes directas de los nanotubos de carbono entrando en los macrófagos (células del sistema inmunológico humano).  Se usaron dos técnicas diferentes, por un lado la microscopía electrónica de transmisión y por otro la microscopía confocal.

            La elección de los macrófagos como células a estudiar no es casual ya que este tipo de células es la primera línea de defensa del cuerpo humano contra los cuerpos extraños o ajenos incluyendo el tejido pulmonar. Los nanotubos de carbono se introducen en el cuerpo a través de inhalaciones en forma de polvo. Dichos nanotubos deberían ser ingeridas por las células macrófagas. Se recogieron muestras de dichas células y analizadas a través de un proceso de tinción comparando las células tintadas con células no tintadas y calibrando la "salud" de dichas células usando diferentes marcadores. La muerte celular era evidente ya que se observaban claros cambios estructurales y por tanto tales cambios estructurales podían ser utilizados como complemento esencial a la hora de ensayar la toxicidad de los nanotubos de carbono.

            Las células analizadas fueron tratadas con diferentes disoluciones de nanotubos en periodos de tiempo de dos a cuatro días en concentraciones comprendidas entre 0 y 10 microgramos por mililitro de concentración. Las imágenes directas revelaron que, incluso las células expuestas a las concentraciones más elevadas permanecían relativamente sanas incluso después de dos días ( no se observaron grandes diferencias entre las células de control no tratadas y las expuestas a nanotubos de carbono). Sin embargo y tras cuatro días de la exposición, si que pudo observarse una disminución significativa en la viabilidad de las células incluso en aquellas expuestas a bajas concentraciones. Después de dos días los nanotubos habían alcanzado los lisosomas de las células y tras cuatro, los nanotubos habían entrado en el citoplasma y cruzado dentro del núcleo celular.

            La explicación a este comportamiento, implicaría que los nanotubos de carbono pueden actuar como proteínas intracelulares, orgánulos o incluso como ADN, lo cual realzaría su potencial toxicidad. En la fotografía puede verse la imagen obtenida mediante la técnica TEM, que muestra los nanotubos de carbono (zonas oscuras) dentro de un núcleo celular.

Para más información puede visitar los siguientes sítios:

http://meneame.net/

 http://www.physorg.com/

http://www.amazings.com/ciencia/

http://www.portaciencia.net/nanotecno/nanotubos.html

http://ncem.lbl.gov/frames/links.htm

http://scsie.uv.es/1004/uci_medicina/confocal.html