Nanotecnología

Por Cristina Chamorro Poyo

GoodFood, Seguridad y calidad alimentaria con microsistemas, es el nombre de un proyecto integrado, ya introducido en este blog, que tiene como objetivo el desarrollo y la aplicación de micro y nanosistemas que hagan posible el control de la calidad y seguridad en los alimentos a lo largo de toda la cadena de producción.

Los antibióticos bectalactámicos, el cloranfenicol, las tetraciclinas y las sulfonamidas son los cuatro grupos de antibióticos que más preocupan a las empresas lácteas y para los cuales es prioritario desarrollar sensores que permitan detectar su presencia en el momento de recoger la leche. Esto es posible gracias a las características y ventajas de estos sistemas (menor tamaño y coste, mayor rapidez respuesta, portabilidad, menor consumo de reactivos), que permitirán un mayor número de tests y una mayor proximidad al producto.

GoodFood se centra inicialmente en productos como la leche y derivados, la fruta, zumos de fruta, el pescado y el vino. El lema que resume el objetivo final del proyecto es "llevar el laboratorio al alimento y del campo hasta la mesa".               

Sin embargo, los posibles residuos a detectar y controlar en los alimentos son numerosos. Por eso, una de las primeras acciones realizadas en GoodFood ha sido recoger la opinión de empresas representativas del sector en Europa para delimitar cuales son los residuos prioritarios.

Encuesta a empresas representativas

Para las empresas lácteas, los antibióticos más problemáticos son los bectalactámicos, cloranfenicol, tetraciclinas y sulfonamidas, familias de antibióticos ampliamente usados en el ganado. Su presencia en la leche es nociva para la salud del consumidor y, además, dificulta la producción de quesos o yogures, ya que impiden la proliferación de las bacterias responsables de la fermentación y la curación del producto.

Otros antibióticos que preocupan a las empresas son los macrolidos y aminoglicosidos, aunque en la práctica se prescriben conjuntamente con algún otro antibiótico de los cuatro grupos previamente mencionados, por lo cual bastaría con desarrollar un sensor que detectara uno u otro antibiótico. Otro residuo que preocupa a las empresas son las quinolonas, no tanto porque se use en el ganado (está prohibido en vacas lecheras) sino porque es un residuo a controlar según la normativa.

En GoodFood se desarrollan sistemas multisensores y kits rápidos que permitirán detectar en 10 minutos la presencia de esos antibióticos en el mismo momento en que la leche es recogida en la granja, recién ordeñada de las vacas, y antes de incorporarla al camión de recogida, para evitar la contaminación de todo el producto.

Las empresas vitivinícolas consultadas, por su parte, revelan en el cuestionario que los pesticidas que más les preocupan y deberían, pues, ser prioritarios en su detección son el 2,4,6 triclorofenol, la simazina, la atrazina y el clozolinato. Casi todas las empresas coinciden en la necesidad de sistemas basados en microtecnologías que detecten la presencia de pesticidas en la cadena de producción del vino, especialmente en puntos críticos como en la viña, en la recepción de la uva, en el embotellado tras el paso por las cubas y antes de comercializarlo. La presencia de pesticidas en la uva y en el vino puede deberse al uso de estos compuestos en el tratamiento de los viñedos, pero también a residuos presentes en la madera de los barriles o en el corcho del tapón (si los árboles o la madera han sido tratados).

Precisamente en el sector vitivinícola será donde GoodFood aplicará la primera experiencia piloto que llevará el laboratorio desde el campo hasta la mesa. Lo harán controlando a base de sensores ubicados en todas las partes y fases de una planta productora de vino, y conectando estos sensores a un sistema central de recogida y análisis de datos. El sistema controlará desde la luz, la humedad o la temperatura de los viñedos, hasta la existencia de pesticidas en las barricas o el ambiente de las bodegas. De esa forma se podrá analizar automáticamente los resultados y prever posibles problemas, como el mayor riesgo de aparición de hongos en los viñedos, o la presencia de residuos indeseables en las barricas. Esta experiencia se llevará a cabo en Italia.

Otras dianas del proyecto son mohos como Aspergillus en la uva y Penicillium expansum en las manzanas. Igualmente, GoodFood trabaja en el desarrollo de microsistemas para la detección de las micotoxinas generadas por esos mohos: patulina, generada por Penicillium expansum, en zumos de manzana; ochratoxina A, generada por Aspergillus, en uvas y vino; y la aflatoxina M1, presente en la leche si la vaca ha comido alimentos contaminados con la micotoxina aflatoxina B1 (la aflatoxina M1 es resultado de la metabolización en el hígado de la vaca de la aflatoxina B1). También se desarrollarán microsistemas para detectar Listeria y Salmonella en leche y queso tierno.

     Goodfood desarrolla sensores de DNA para la  detección de patógenos como Salmonella o Listeria

Detectar el estado de la fruta y del pescado

En GoodFood también se desarrollan microsistemas para la detección de las emisiones gaseosas de los alimentos que pueden servir, por ejemplo, para determinar el estado de la fruta conservada durante largo tiempo en ambientes controlados o para detectar la rápida degradación del pescado. Los principales objetivos son el desarrollo de sistemas para la detección conjunta del etileno (indicador del estado de madurez de la fruta) y el amoniaco (indicador de fugas en el sistema de refrigeración de las cámaras). En el caso del pescado, las emanaciones que pueden actuar como indicadores de la pérdida de frescura son la TMA (trimetilamina), el amoniaco y el TVB-N (nitrógeno básico volátil).

   Cromatógrafo de gases miniaturizado para la detección de aminas volátiles en pescado. Sistema desarrollado por CNR-INM Bolonia (Italia)

El desarrollo de plataformas que incorporen los sensores de gases antes mencionados que permitan el control de los alimentos a lo largo de toda la cadena logística es otro de los objetivos principales y que sin duda se conseguirá en un futuro.

Páginas web de interés: 

http://www.azti.es/muestracontenido.asp?idcontenido=264&content=8&nodo1=26&nodo2=0 

http://prensa.vlex.es/vid/food-coordina-lacteos-pescados-zumos-17406187

http://www.dicat.csic.es/goodfood_esp.html

http://www.alimentatec.com/muestrapaginas.asp?nodo1=0&nodo2=0&idcontenido=592&content=18

Por Elisa García-Tabarés Valdivieso

Mediante la utilización de biosensores, un grupo de científicos norteamericanos ha conseguido quemar células cancerígenas en cultivo gracias a la creación de una molécula híbrida en la que se combinaron nanotubos de carbono con anticuerpos especializados en la búsqueda de tumores.

Una vez que estas moléculas híbridas alcanzan las células tumorales, y se adhieren a ellas, se les aplica una radiación infrarroja para calentar los nanotubos y que éstos quemen, con su calor, las células enfermas.

Los resultados han sido muy exitosos y suponen un paso adelante en el desarrollo de terapias de nanotecnología, que se cree que, en el futuro, podrán revolucionar la medicina.

Dichos nanotubos son estructuras tubulares, cuyo diámetro es del orden de un nanómetro (milmillonésima parte de un metro). Según han publicado los investigadores en un artículo aparecido en la prestigiosa revista Proceedings of the National Academy of Sciences,  los nanotubos de carbono utilizados son de una sola pared, y emiten calor cuando absorben la energía de la radiación infrarroja cercana.

Los tejidos del organismo son relativamente transparentes para este tipo de radiación, lo que llevó a los científicos a dirigir los nanotubos de carbono hacia las células cancerígenas (gracias a los anticuerpos monoclonales), para a continuación someterlos a una exposición no invasiva a la radiación infrarroja (infrarrojo cercano, 0,78-1,1 µm), se podrían eliminar las células cancerígenas (con el calor que desprendieran los propios nanotubos).

Esta radiación, que es invisible al ojo humano, es la misma que se utiliza en los mandos a distancia de las televisiones, por ejemplo.

La radiación infrarroja cercana puede penetrar los tejidos humanos a una profundidad de 1,30 centímetros aproximadamente.

En cultivos de células cancerígenas de linfoma (de cáncer del sistema linfático), los nanotubos recubiertos con los anticuerpos monoclonales se adhirieron a dichas células cancerígenas. Cuando estas células fueron expuestas a la radiación, los nanotubos se calentaron, generando el calor necesario para quemar las células enfermas y matarlas.

Las aplicaciones biomédicas de las nanopartículas cada vez atraen más la atención de científicos clínicos. Aún quedan grandes obstáculos por superar, como la posibilidad de que los nanomateriales puedan dañar no sólo las células enfermas sino también las sanas del organismo.

Por Elisa García-Tabarés Valdivieso

Una de las grandes áreas del nanodiagnóstico son los nanobiosensores, dispositivos capaces de detectar en tiempo real y con una alta sensibilidad y selectividad agentes químicos y biológicos.

Un biosensor es un dispositivo compuesto por dos elementos fundamentales: un receptor biológico (por ejemplo proteínas, ADN, células,…..) preparado para detectar específicamente una sustancia y un transductor o sensor, capaz de interpretar la reacción de reconocimiento biológico que produce el receptor y traducirla en una señal cuantificable.

El término "nanobiosensor" designa a aquellos biosensores cuyas propiedades vienen moduladas por la escala nanotecnológica con la que están fabricados. Es de esperar que los nanobiosensores tengan una sensibilidad mucho más alta que la de los dispositivos convencionales. Además podrían ser fácilmente introducidos en el interior del cuerpo humano, por lo que podrían proporcionar datos mucho más fiables del estado de salud de un paciente.

Dentro de los incipientes desarrollos de nanobiosensores son de destacar los nanobiosensores fotónicos, los basados en nanopartículas de oro o magnéticas, los nanobiosensores tipo FET basados en nanotubos de carbono, los biosensores nanomecánicos tipo MEMS/NEMS, que han surgido como reemplazo de los biochips de ADN, entre los más importantes.

Por Sky

Con el paso del tiempo, la nanotecnología se está introduciendo también, cada vez más, en la salud. La nanotecnología pretende crear nuevas herramientas para la exploración de la nanomateria con el fin de poder manipularla y fabricar nanodispositivos y nanopartículas, mientras que con la ayuda y la introducción de la nanotecnología en el campo de la salud, se pretende curar enfermedades, realizar tratamientos, llevar a cabo seguimientos del paciente e intentar aumentar la calidad de vida.

En esta área se utilizan:

• - Nanopartículas magnéticas para agentes de contraste en resonancia magnética nuclear (MIR)
• - Nanopartículas magnéticas para cuantificar reconocimientos biológicos ( test de embarazo)
• - Nanopartículas magnéticas para suministros locales de fármacos e hipertermia (utilizados contra tumores sólidos sin producir efectos hacia el resto del organismo).
• - Medicina regenerativa (células madre pluripotenciales para reemplazar tejidos destruidos por diabetes o Alzehimer).
• - Ingeniería de tejidos ( los componentes más los biomateriales es igual al constructo celulares)

La nanotecología va a ayudar a dar un diagnóstico más rápido y fiable ayudándose de biosensores para analizar sangre, virus, saliva y orina, o para detectar tumores.

Incluso sería una solución para algunos tipos de cáncer en los cuales se pudieran utilizar nanopartículas magnéticas e hipertermia, mezclándolo con quimioterapia o radioterapia.

En ningún momento la nanotecnología en sí misma es peligrosa para el ser humano, aunque puede dar lugar a subproductos o procedimientos que pueden producir efectos negativos en el ser humano o en el medioambiente. Además depende de quién lo manipule, será negativa o no.

La nanotecnología y la ciencia también están muy relacionadas en la industria alimentaria, en la que se están introduciendo nanopartículas comestibles para mejorar la calidad de los productos. También está impactando en la medicina donde se piensa en crear nanomáquinas que circularán por el sistema circulatorio o intentarán destruir células malignas.

El proyecto europeo GOODFOOD "Food Safety and Quality Monitoring with Microsystems", pretende avanzar en la investigación y desarrollo de nuevos métodos analíticos basados en micro y nanotecnologías que se adapten a las necesidades del sector alimentario: los biosensores. En este caso los biosensores, tienen como finalidad garantizar la seguridad y calidad en toda la cadena alimentaria. Mediante el desarrollo de sistemas de detección de pequeño tamaño, bajo coste, bajo consumo energético, fácil manejo y respuesta rápida, será posible la utilización masiva de sistemas de control en las diferentes etapas de la cadena alimentaria desde la materia prima hasta el producto final.

En este proyecto europeo participan una buena cantidad de empresas europeas entre las que podemos encontrar algunas españolas como por ejemplo Azti-Tecnalia . Esta empresa ha presentado un nuevo prototipo de biosensor capaz de detectar en tiempos muy cortos, comparados con las técnicas tradicionales de análisis pesticidas en alimentos como el vino, etc., y patógenos (como la salmonela en comida o listerina en pescado). Sin duda seguiremos atentos a la evolución de estos dispositivos (biosensores) y hablaremos de ellos más detenidamente.