Nanotecnología

Los entusiastas de la nanotecnología tienen grandes esperanzas en que esta traerá nuevos tratamientos de gran efectividad contra las enfermedades. La razón es simple: la nanotecnología opera  a la misma escala que la biología. Una molécula de ADN tiene una anchura de unos 2.5 nm, y una proteína como la hemoglobina tiene un diámetro de unos 5 nm. Las células humanas son mucho mas grandes, del orden de entre 10 y 20 micras, lo que significa que los materiales y dispositivos nanométricos pueden entrar fácilmente en la mayoría de las células, e incluso sin activar ninguna respuesta inmunitaria. La esperanza es que las partículas, materiales y dispositivos nanométricos puedan ser diseñados para interaccionar con los materiales biológicos de una manera más directa, eficiente e incluso precisa. Y debido a su pequeño tamaño, serán capaces de acceder a áreas del cuerpo, tales como el cerebro y células individuales, a las cuales ha sido difícil acceder con las tecnologías actuales.

Por ejemplo, el National Cancer Institute en Estados Unidos dice sobre las promesas de la nanotecnología: “acceder al interior de las células vivas ofrece la oportunidad de avances sin precedentes en los campos tanto clínico como de investigación. Poder insertar sondas nanométricas dentro de células individuales avanzará el conocimiento sobre las formas complejas en que la célula opera y permitirá la rápida detección de células aberrantes que dan lugar a la enfermedad”.

Algunos futuros desarrollos incluyen:

-Nanosensores circulando por el torrente sanguineo para controlar el nivel de colesterol, glucosa y otras hormonas.

-Nanoestructuras de oro que apunten a células cancerígenas. Una vez localizadas, pueden ser destruidas mediante láser no invasivo.

-Nanopartículas inteligentes que buscan una localización específica en el cuerpo humano y después liberan la medicina al objetivo preciso.

-Puntos cuánticos luminiscentes que puedan reconocer selectivamente una determinada proteína en una célula viva.

-Nanopartículas de plata que maten bacterias resistentes a los antibióticos.

-Andamios nanoestructurales 3D para crecer tejidos y órganos humanos.

Además, algunos materiales nanométricos para aplicaciones en biomedicina exhibirán propiedades inusuales que pueden incrementar su funcionalidad. Particulas que son más pequeñas de unos 100 nm se pueden comportar de manera diferente a partículas más grandes de la misma substancia. Pueden tener diferente resistencia, color, elasticidad, toxicidad, conductividad eléctrica, una mayor reactividad etc. Estas propiedades estructurales, ópticas y eléctricas únicas en la escala nanométrica se deben a efectos cuánticos. Además, las propiedades cuánticas cambian también dentro del a escala nanométrica, por ejemplo, algunas nanopartículas de oro son reactivas, y otras diferentes son inertes, por lo que también influye la forma. Es posible que nanopartículas esféricas de 20 nm de una determinada substancia sean inocuas para las células, y que otras nanopartículas de 60 nm de la misma substancia con forma de hilos sean toxicas para esas células.

La nanotecnología ya ha cambiado la forma en que algunas medicinas son formuladas, y en ciertos casos, reformuladas. Cuando un componente farmacéutico es formulado como una nanopartícula, su nivel de biodisponibilidad aumenta, es decir, el cuerpo puede absorber ese componente más rápida y fácilmente, y de este modo, utilizarlo con mayor efectividad. Como ejemplo, algunas de las múltiples medicinas y/o recursos ya aprobadas por la FDA son:

-Abraxane®: nanopartículas que contienen paclitaxel usadas para aumentar la cantidad de medicina anticancer disponible para matar células de cáncer de mama.

-Doxil®: sistema de dosificación nanoestructural basado en liposomas recubiertos de polímeros para el tratamiento del cáncer de ovarios.

-Emend®: versión con partículas nanométricas del fármaco Aprepitant® (con el fin de aumentar su nivel de disponibilidad) para prevenir nauseas en pacientes enfermos de cáncer sometidos a quimioterapia.

-Silcryst®: nanopartículas de plata incorporadas en vendas debido a sus propiedades antimicrobióticas.

-Silvagard®: catéter recubierto de nanopartículas de plata antimicrobióticas para uso en el interior del cuerpo humano.

Por último, cabe mencionar que, al mismo tiempo que la nanomedicina es y puede ser beneficiosa, hay muchas preguntas sin contestar acerca del impacto de esta tecnología en la salud y en el medio ambiente. Algunos nanoproductos podrían entrar en el cuerpo de forma no deseada a través del medio ambiente y/o la cadena alimenticia y provocar enfermedades. Todavía nadie está seguro de cómo distinguir entre nanoproductos benignos y peligrosos, y el naciente campo de la nanotoxicología esta inundado de incertidumbre.

Imagen de STM de nanopartículas de oro de 5 nm de diámetro

Se corre el riesgo, al escribir un artículo sobre un problema de tal magnitud, de dejarse llevar por el optimismo y describir una situación muy alejada de la que tenemos hoy en día. No obstante, no deja de ser una satisfacción que algunos estudios de la nanomedicina se centren en las enfermedades que más preocupan a nuestra sociedad, como es el caso del cáncer. Ya se presentó en este blog la aplicación de los nanotubos de carbono contra el cáncer, pero en este artículo pretendo presentar otros proyectos más en la lucha contra el cáncer relacionados con la nanomedicina. Para aportar primeramente una definición formal fácilmente entendible por todos, el término cáncer se define como una enfermedad que se caracteriza por una división y crecimiento descontrolado de las células. En estos momentos es una enfermedad (o grupo de enfermedades, pues agrupa a alrededor de 200 tipos de enfermedades) que tiene tratamientos y terapias efectivos en muchos casos, pero que no tiene una cura definida, y es actualmente la segunda causa de muerte en Europa. 

Según el informe de 2006 de la Plataforma Tecnológica Europea, "Nanomedicine - Nanotechnology for Health" (Nanomedicina - Nanotecnología para la salud), la nanotecnología puede ser más efectiva que las terapias convencionales actuales pues puede proveer una mejor respuesta ante la "complejidad" de la enfermedad. Se afirma, además, que es útil también en la fase de detección del cáncer pues la nanotecnología permite tomar nuevos indicadores (biomarkers) de forma más simple y fiable. No olvidemos que la detección juega un papel clave en esta enfermedad, y su mejora ha sido fundamental en que en los dos últimos años se hayan reducido el número de muertes por cáncer en Estados Unidos. Debido a que son dos ramas diferentes del proceso, la detección y el tratamiento, haré mención a algunos proyectos de estos tipos por separado.

Por una parte, en la Universidad de Missouri-Colombia se está investigando la aplicación de nanopartículas para detectar el cáncer a nivel molecular, teniendo en cuenta la importancia del momento del diagnóstico para las posibilidades de poder eliminarlo. El proceso consistiría en hacer nanopartículas a medida, "programadas" para encontrar tumores cancerígenos con la ayuda de rayos X incluso en fases precancerígenas, circunstancia que no es posible en la actualidad. También se encuentran como estudios para el futuro en el informe de "Nanotecnología: La revolución industrial del siglo XXI" de la fundación Bankinter, aparatos médicos que ayudan al diagnóstico de estas enfermedades, consistentes en un dispositivo microfluídico para estudiar la migración de las células y el comportamiento de deformación, fundamental en la investigación del cáncer. Lo que parece unir todos los proyectos de mejora en la detección del cáncer es la idea de "detección individualizada" y estudio a un "nuevo nivel", donde antes no se podía llegar, lo que supone realmente el aporte de la nanotecnología. Leer más »

La aplicación de la Nanotecnología en el campo de la Medicina permitirá revolucionar la capacidad de diagnóstico, prevención y tratamiento de diversas enfermedades, entre las que se encuentra el cáncer. En la actualidad se han conseguido desarrollar nanodispositivos capaces de localizar células cancerígenas con extrema precisión, así como proporcionar tratamientos específicos capaces de eliminarlas.

Uno de los resultados más sorprendentes consiste en la aplicación de los nanotubos de carbono en la terapia contra el cáncer. En concreto, los recientes trabajos de investigación dirigidos por el profesor H.Dai en la Universidad de Stanford, consiguen combinar las propiedades ópticas y de transporte de estos nanotubos, con sus aplicaciones médicas. Como describen en su trabajo publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences, en primer lugar introducen nanotubos en células cancerígenas. Posteriormente irradian estas células con radiación infrarroja (700 – 1100 nm) cuya longitud de onda es ligeramente superior a la visible.

Si bien el tejido biológico apenas se ve afectado por esta radiación, a la que suele ser transparente, los nanotubos de carbono la absorben. De este modo las células cancerígenas con nanotubos en su interior, elevarán su temperatura hasta destruirse. Sin embargo, el mayor problema reside en insertar nanotubos de carbono tan sólo en las células cancerígenas, de modo que las células sanas no se vean afectadas durante el tratamiento.

Mediante el empleo de nanomarcadores moleculares se consigue introducir nanotubos de carbono de modo selectivo tan sólo en aquéllas células que presenten ciertas receptores en su superficie, como es el caso de las células cancerígenas. Por lo tanto esta técnica no invasiva permite destruir células cancerígenas sin afectar al tejido sano. En el futuro la incorporación de ciertos anticuerpos característicos a la superficie de los nanotubos, permitirá atacar de modo selectivo células cancerígenas asociadas a tumores concretos.