Nanotecnología

El impacto más importante de las tecnologías a nano escala podría resultar de la fusión de la nanotecnología y la biotecnología: una nueva disciplina apenas reconocida, llamada nanobiotecnología, que ya tiene su impacto, como por ejemplo en Estados unidos donde una quinta parte de los negocios nanotecnológicos en los Estados Unidos (el 21%), usa nanobiotecnología para desarrollar productos farmacéuticos, sistemas de administración de medicamentos dentro del cuerpo y otros productos relacionados con la atención de la salud, teniendo en cuenta la creciente inversión en nanotecnología (La NSF predice que el mercado de los productos nanoescalares alcanzará un billón de dólares por año para el 2015), la inversión en esta nueva disciplina es considerable.

Nanobiotecnología: nanotecnología + biotecnología

La nanotecnología es la manipulación de átomos y moléculas para crear nuevos productos. En la nano escala, donde los objetos se miden en millonésimas de milímetro, se difumina la frontera entre lo vivo y lo no vivo. A nano escala, el comportamiento de átomos individuales está regido por la física cuántica. Aunque la composición química de los materiales permanece igual, las partículas nanométricas frecuentemente presentan propiedades muy diferentes e inesperadas. Características fundamentales de la fabricación, tales como el color, la resistencia, la conductividad eléctrica, el punto de fusión, —propiedades que usualmente consideramos en los materiales— pueden cambiar por completo a nano escala.

En sus inicios, los entusiastas de la biotecnología prometieron cultivos con enorme resistencia a enfermedades, con tolerancia a la sequía y cultivos autofertilizables. Los primeros productos genéticamente modificados aparecieron a mediados de 1990, fueron variedades de plantas tolerantes a herbicidas —semillas transgénicas capaces de sobrevivir a los baños de agrotóxicos de alguna corporación. La industria agroquímica reconoció que es mejor negocio adaptar las plantas a los químicos que adaptar los químicos a las plantas (Se deben invertir cientos de millones para lograr que un nuevo agrotóxico pase el laberinto regulatorio y pueda ser comercializado). La industria biotecnológica descubrió recientemente que los cultivos transgénicos pueden ser “fábricas vivientes” para la producción de proteínas terapéuticas, vacunas y plásticos, de una forma más barata y eficiente que construir costosas instalaciones fabriles. Sin embargo no resuelven un grave y persistente problema: que los organismos transgénicos vivos son difíciles de controlar o contener. Un ejemplo de ello ocurrio en Iowa, conde se descubrió que residuos del maíz farmacéutico diseñado para producir una vacuna para cerdos, había contaminado 35 327 litros de frijoles de soja.

Los investigadores de la nanotecnología acuden cada vez más al mundo biomolecular para aprender sus estrategias y para obtener materias primas. La maquinaria de la naturaleza puede brindar el camino para la tecnología de construcción atómica precisamente porque los organismos vivos son capaces de autoensamblarse y en ese sentido son máquinas autorreplicantes ya listas. A la manipulación a nivel nanoescalar que busca fusionar a nano y bio para que la materia inerte y la materia viva sean compatibles y/o intercambiables, se le denomina nanobiotecnología.

Fusiones y adquisiciones: Cuando los ámbitos de lo viviente y lo inerte se fusionen en la nanotecnolgía, ocurrirá de dos formas. La materia biológica será extraída y manipulada para desempeñar funciones de máquina como por ejemplo adaptando partes de virus y bacterias. Y viceversa, se utilizará material no biológico dentro de los organismos vivos para desempeñar funciones biológicas. Los investigadores esperan mezclar lo mejor de ambos mundos, buscan combinar las capacidades de la materia no biológica (como la conductividad eléctrica, por ejemplo) con las capacidades de ciertos tipos de material biológico (autoensamblaje, autorreparación y adaptabilidad, por ejemplo). En la macroescala, los investigadores están ensamblando organismos biológicos para funciones industriales miniaturizadas. Por ejemplo en la Universidad de Tokio cuentan con cucarachas que se pueden controlar por control remoto mediante microchips implantados para localizar víctimas en los desastres.

Estuve hace poco en un maratón científico sobre nanotecnología. Me resultó interesante lo que afirmó un conferenciante: los virus son nanomáquinas naturales.Las partículas víricas, a pesar de tener una organización estructural relativamente sencilla, son capaces de autoensamblarse , están dotadas de extraordinarias propiedades físicas y químicas, y realizan funciones complejas biológicas. También, sabemos que las propiedades de las partículas víricas pueden modificarse mediante técnicas de ingeniería genética y proteínas.

El problema que existe hoy en día, según nos contaron, es que todavía no se ha conseguido que las partículas víricas funcionen como lo que son, pequeñas nanomáquinas, sin evitar que éstas modifiquen la actividad genética de las células que tienen alrededor… Si llegáramos a conseguir que los 'virus' continuaran con todas sus funciones, excepto la de causar enfermedades, sería el primer paso para aproximarnos a un mundo complejo, el de las nanomáquinas, y a la vez, sencillo, ya que si pensamos un poco, un virus tiene pocas funciones y es un organismo sencillo.

Los virus no tienen capacidad de autoreproducirse, por eso, 'penetran' en las células de los organismos, causando a su paso grandes trastornos en las células, que dependiendo del tipo de virus, tendrán o no cura.

Si consiguiéramos dotar a los virus de capacidad reproductora, ya no tendrían que infectar a las células, porque serían completamente autosuficientes.

Desde el punto de vista de la Nanotecnología, las propiedades y funciones de las partículas víricas sirven para fabricar nuevos nanodispositivos.

Los sistemas biológicos están constituidos por máquinas moleculares ( ver ) que actúan con una eficiencia con la que las máquinas diseñadas por los hombres apenas pueden soñar…

Por ello, debemos emplear todos nuestros esfuerzos en 'aprovechar' las características de estas nanomáquinas naturales, con el fin de avanzar en nuestros conocimientos científicos todo lo que podamos, porque… hay mucho por descubrir.

Imagínense lo fabuloso que sería que el cuerpo fuera como una grandísima fábrica, una fábrica enorme. Imagínense que las células tuvieran el tamaño de una caja de cartón. Operarios de esta fábrica podrían manipular las cajas sin ningún problema, normalmente así sucede en la industria. Estas cajas podrían clasificarse bajo distintos criterios y, posteriormente, organizarse, apilarse, destruirse (si no fueran necesarias o benefiosas para la empresa su presencia) o incluso repararse.El cuerpo no tiene el tamaño de una grandísima fábrica y las células ni mucho menos el tamaño de una caja de cartón. Así que, ¿qué operarios son capaces de trabajar en una fábrica tan pequeña como la que representa nuestro organismo manipulando cajas tan diminutas como nuestras células? Sin duda deberían ser operarios muy pequeños, con tamaños del orden de estas células o incluso menores. Piensen que el tamaño característico de una célula, una de estas cajas, es del orden de 10 a 100 micras (diez o cien millonésimas partes de metro). Si hablamos de virus tenemos que referirnos a tamaños de 20 a 450 nanometros (mil millonésimas partes de metro). Desde luego nosotros nunca podremos ser operarios de esta fábrica.

Afortunadamente, y visto que sería fantástico que pudiéramos manipular selectivamente las células como si fuéramos operarios de una fábrica, hay alguien que podría hacerlo por nosotros. Una especie de robot diminuto muy sencillo que, predispuesto o dirigido por nosotros desde el exterior, fuera capaz de reconocer e incluso adherirse a determinadas células, por ejemplo tumorales, para después actuar sobre ellas. Estos robots son las nanopartículas. Es decir, partículas con tamaños que van desde los pocos nanometros a cientos de ellos.

Bueno, pero ¿cómo podemos dirigir o programar a estos robots?. Sería difícil, por el tamaño, utilizar mecanismos complicados. ¿Y si pudiéramos actuar sobre ellos con un campo magnético?, como si fueran imanes. Sería óptimo utilizar materiales magnéticos entonces, ferromagnéticos para ser exactos. Aquellos como los que se usan para adornar las neveras. El problema es que al cuerpo no le gustan nada los materiales que existen con estas características, (hierro, cobalto y niquel). Se dice de éstos que no son biocompatibles. Leer más »

Recuerdo un ensayo de Isaac Asimov que leí hace tiempo en que sugería la idea de construir pequeños robots autoreproductivos que generasen oxígeno para utilizarlos en la colonización de otros planetas. Me vino a la cabeza cuando, leyendo un artículo sobre nanorobots y nanomotores, se acercó mi novia (estudiante de podología) y me preguntó si aquella imágen que estaba en la pantalla de mi ordenador era de un virus. Tengo entendido que se considera el virus como la forma más básica de vida y  la nanotecnología está ya construyendo "bichos" muy similares. Me entró la curiosidad de si alguien había pensado ya esto de construir nanorobots autoreproductivos para algo y me encontré con un par de cosas sorprendentes.

En noviembre de 2002, el gobierno de EEUU propuso a Hamilton Smith (nobel de medicina)y J. Craig Venter (el biólogo genertista que secuenció el genoma humano) diseñar una sencilla forma de vida sintética basada en microorganismos parcialmente humanos. Las posibles aplicaciones médicas de algo así son tan evidentes como sus posibles aplicaciones bélico-apocalípticas.

K. Eric Drexler, a mediados de los ochenta acuñó el término "plaga gris" refiéndose a la idea de que una banda de nanorobots autoreplicantes pudieran descontrolarse en un laboratorio, reproducirse, extenderse descontroladamente e incluso llegar a destruir el mundo. Tambíen diseñó una serie de directrices para evitar el apocalipsis nanotecnológico. Ésto da una idea de que no se trata de pamplinas de ciencia ficción, que hay gente interesada en jugar a ser Dios y gente preocupada por ello. Leer más »