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

La ciencia en la actualidad, en gran medida, gira en torno al mundo de la nanotecnología y eso hace que todas las áreas convergan también en esta nueva rama de la ciencia, una de ellas es la Nanomedicina.
Universidades y empresas luchan continuamente por buscar soluciones para erradicar el mal que nos acosa en el siglo XXI, el cáncer, pero gracias al desarrollo de la nanotecnología se están logrando grandes resultados.
Un equipo de científicos de la Universidad de Stanford (EEUU) ha logrado destruir células enfermas mientras que los tejidos corporales sanos quedan intactos, ¿cómo lo lograron?… pues con la ayuda de nanotubos de carbono. Insertaron éstos tubos sintéticos de la mitad del ancho de una célula de ADN, por tanto caben miles de ellos dentro de una célula, y los introdujeron en el interior de las células cancerígenas, ¿pero cómo se logra insertar selectivamente estos nanotubos en las células dañadas y no en las sanas? Las células cancerígenas están recubiertas con receptores de una vitamina conocida como folate. Ahora lo más importante del hallazgo, ¿qué misión tienen los nanotubos una vez están en el interior de las células cancerígenas?, al irradiar nuestro cuerpo con luz IR (radiación infrarroja), ésta simplemente pasa a través del cuerpo humano pero al irradiar a los nanotubos se calientan a 70º y al desprender este calor tiene como consecuencia la destrucción de la célula donde se encuentran alojados… ¡simplemente asombroso!
Células cancerígenas en cuyo interior se encuentran alojados los nanotubos que, al irradiarse con radiación IR, debido al calentamiento térmico que sufren, destruyen las células como se puede apreciar en la imagen. Leer más »

   Es agradable ver cómo la nanotecnología está presente en actividades sociales tan de actualidad como los juegos… y desde una perspectiva seria. NanoMission es un juego de ordenador, disponible gratuitamente en su versión "beta" que lleva al jugador a través del mundo de la nanociencia.

   Creado por el Estudio Playgen de Londres con la ayuda de Cientifica, NanoMission es un juego que pretende educar a los jugadores sobre los conceptos básicos de la nanociencia a través de aplicaciones prácticas del mundo real, desde la microelectrónica a la medicina. El juego, aún en desarrollo, nos presenta en su primer nivel "nanomedicina" al personaje protagonista que tiene que pasar por la corriente sanguínea hasta llegar a un tumor, mientras evita los mecanismos de defensa del cuerpo.

   En palabras de Tim Harper, de Cientifica , "La Nanomedicina es un área que provoca mucha ilusión, pero que también ha sido trágicamente mal representada, por eso el reto de NanoMission es ilustrar cómo los nanocientíficos aprenden de la naturaleza cómo producir medicinas viables"

   El profesor  Mark Welland de la University of Cambridge añade "Es extremadametne importante que la nanotecnología llegue a un número amplio de productos, para que todo el mundo pueda entender sus beneficios. Este juego es un gran ejemplo de cómo el mensaje positivo de la nanotecnología puede llegar a las escuelas." Leer más »

    Eric Drexler en su obra "Engines of Creation" en 1986 escribió: "El enfermo, el anciano y el herido sufren una desorganización de sus átomos provocada por un virus, el paso del tiempo o un accidente de coche. En el futuro habrá aparatos capaces de reorganizar los átomos y colocarlos en su lugar." 

 Hace mas de veinte años esto podría parecer ciencia-ficción pero hoy en día, en pleno siglo XXI, podemos decir que la realidad supera la ficción y esa realidad se llama nanomedicina y se podría describir como la rama de la nanotecnología que permitiría la posibilidad de curar enfermedades desde dentro del cuerpo y a escala celular o molecular, es decir, podría cambiar las enfermedades tal y como las conocemos ahora con campos como la reparación de tejidos, defensa y mejora de los sistemas biológicos humanos, administración de medicamentos a las células, etc.

Un caso interesante es el de Robert Freitas, investigador del Instituto de Fabricación Molecular de California, que ha creado una especie de glóbulo rojo artificial bautizado como respirocito. Con una sola micra de diámetro, este "robot" esférico imita la acción de la hemoglobina natural que se encuentra en el interior de los hematíes, aunque con la capacidad de liberar hasta 236 veces más oxígeno por unidad de volumen, que un glóbulo rojo natural. Con una simple inyección que contenga respirocitos podríamos llegar a bucear durante dos horas y media, e incluso vivir con el corazón parado durante cuatro horas… ¡¿ cuatro horas ?! Teniendo en cuenta que en la actualidad en el momento en que se pare el corazón "pasas a mejor vida", ¿se imaginan la cantidad de vidas que se podrían salvar y la cantidad de riesgos que se podrían evitar en los quirófanos? Leer más »

En un artículo publicado en El País el 28 de Marzo de 2007 se trata lo siguiente:

 La nanotecnología está llegando al mercado a través de una amplia variedad de productos; pastas de dientes, cremas con filtro solar, lavadoras, neveras, pinturas o limpia-cristales, tal y como se muestra en los artículos publicados en este blog. La lista es larga, pero según las previsiones no es más que el tímido principio de la irrupción de lo nano en el día a día. Se espera que las futuras aplicaciones multipliquen la eficiencia de las fuentes de energía renovable, impulsen la medicina regenerativa o aceleren el desarrollo de ordenadores más potentes. La presencia de lo nano en nuestra vida cotidiana ha sido largamente vaticinada y, por tanto, no debería causar sorpresa. Pero muchos se preguntan si no se debería, antes que nada, aclarar qué efectos tienen algunas nanoestructuras sobre la salud humana y el medio ambiente. Informes de las Naciones Unidas, de la Royal Society británica o de la Unión Europea coinciden con grupos ecologistas en admitir que el conocimiento sobre estos efectos es aún escaso. Nadie quiere tropezar con el rechazo del público a la nanociencia", dice el artículo, por eso estos estudios son muy importantes.

Un informe de Octubre de 2006 del consorcio europeo Nanoforum señalaba: ”El principal problema [de la nanotecnología] provendrá de las fuertes inversiones en investigación en un tipo de nanociencia que aún no ha alcanzado al consumidor”. Sobre estas expectativas hay pocas dudas. La pregunta es otra: ¿se está investigando todo lo que se tendría que investigar en nanotecnología?. El informe anual de las Naciones Unidas de 2006 sobre el medio ambiente califica literalmente a la nanotecnología como un desafío emergente: “Tiene un enorme potencial para generar beneficios sociales, económicos y medioambientales (…).Sin embargo, su impacto ambiental es en gran medida desconocido(…).Hace falta una investigación más sistemática y políticas (de control público) específicas para el sector”. Leer más »

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 »