Nanotecnología en la medicina

Resumen

En la actualidad nos encontramos inmersos en una avalancha de avances tecnológicos, y entre ellos, el campo de la medicina ha sido uno de los mas beneficiado de estos avances, dando nuevas herramientas para el tratamiento y el diagnostico precoz de enfermedades degenerativas, mediante el uso de dispositivos médicos en escala nanométrica, los cuales reciben en nombre de nanodispositivos y nanosistemas. Estos dispositivos están en el margen de los nanometros los cuales se puede definir como la unidad del metro dividido en mil millones de partes, estos elementos al ser manipulados en una escala tan pequeña cambian sus propiedades físicas, químicas y biológicas.

Abstract—Currently we are in a wave of techno- logical advances including such as medicine, which has been one of the biggest beneficiaries of these developments, providing new tools for early diagnosis and treatment of degenerative diseases, medical device using the scale of nanometer, which receive on behalf of the nanodevices and nanosystems. These devices are in the nanometer range can be defined as the unit of meter divided in one billion of parts, these elements being manipulated at this scale can produce changes in physical, chemical and biological properties.

Index Terms—Nanotecnología, Nanosistemas, dendrímeros, nanoemulsión.

I. INTRODUCCIÓN

El termino nanotecnología se desarrolla a partir de una conferencia dada por Richard Fleyman en 1959 en el Institute of technology de California, en el cual citaba la posibilidad de manipular la materia con estructuras del tamaño de una mil millonésima parte de un metro, aseguraba que daría como resultado materiales y estructuras revolucionarias[17], [20], [16].

Figura 1. Nanoescala

Por tanto la nanotecnología modifica, y trabaja con elementos orgánicos e inorgánicos miniaturizados a una escala en el orden de 1 a 100 nm , tamaño en el cual las propiedades físicas, químicas y biológicas de dichos materiales son modificadas drásticamente, permitiendo interacciones celulares y moleculares especificas[4], [8], [7], [20].

II. NANOMEDICINA

La nanomedicina es la aplicación de la nanotecnología en la monitorización, reparación, construcción y control de componentes y funciones biológicas mediante el uso de sistemas en nano escala, de esta manera permite diagnosticar, prevenir y tratar afecciones de salud [8], [7], [12], [17], [15], [1].

La mayoría del desarrollo de la nanotecnología esta enfocado en el tratamiento y prevención de enfermedades de mayor impacto de países desarrollados, tales como enfermedades cardio-vasculares, cáncer, diabetes, insuficiencia renal y VIH[6], [17], [14].

III. NANOSISTEMAS

Un nanosistema o nanodispositivo biológico es una nanopartícula que colocada en una célula es capaz de emitir señales cuando se produce un cambio de funcionamiento [4], [9].

La secuencia necesaria para producir un nanosistema o nanodispositivos puede constar de los siguientes 8 procesos:

1. Síntesis.

2. Transferencia.

3. Clasificación.

4. Ubicación.

5. Alineación.

6. Colocación.

7. Unión.

8. Interconexión [19].

A continuación se citan algunos de los nanodispositivos en los cuales se ha invertido mayor investigación.

III-A. Dendrímeros

Proviene de la palabra griega dendron(árbol) y mer(segmento), estas son moléculas poliméricas esféricas compuestas por un núcleo central, las funciones útiles de estos nanodispositivos esta relacionada con las moléculas que se le agreguen a esta estructura molecular, la estructura de los dendrímeros son similares a las de algunas estructuras orgánicas[4], [8], [13], [2].

Los dendrímeros son utilizados para la detección de ciertas proteínas y sustancias producidas por la presencia de las enfermedades, entre estas el cáncer [4], [9].

Figura 2. Esquema de un dendrímero

El uso de varios dendrímeros da lugar a la creación de un dispositivo mas avanzado llamado tectodendrímero el cual puede realizar operaciones mas complejas; pero para desarrollar estos dispositivos requieren procesos largos y complejos, a pesar de esto, los científicos encontraron una manera de crearlos, uniéndolos a estructuras de ADN, puesto que estas les facilita en proceso de unión ya que tienden a unirse con su estructura complementaria. [4], [19].

Figura 3. Tectodendrímero

III-B. Nanoemulsiones

Sabiendo que los Bacilos producen infecciones severas aun en condiciones extremas, se ha creado nanoemulsiones micro bacterianas, estas nanoemulsiones son una mezcla de agua en aceite con sus componentes activos en escala nanométrica, además sus componentes son aprobados por FDA ; existen varias formas de administración y de uso de las nanoemulsiones, entre estas: vía tópica, intramuscular, subcutánea e inhalada. Actualmente las nanoemulsiones se están utilizando para la destrucción de Salmonella en alimentos contaminados [4], [8], [21], [14].

III-C. Gotas cuánticas

Es un conjunto de cientos de átomos de la familia II, III IV y V de la tabla periódica, cubierto externamente por sustancias solventes, la característica de estos dispositivos en que tienes las propiedades ópticas y electrónicas de emitir fluorescencia, y debido a dicha propiedad y su escala nanométrica pueden ser administradas por vía intravenosa, dando así la posibilidad de estudiar procesos celulares y la dinámica de la membrana neuronal [8][21][20].

Figura 4. Estructura de las Gotas Cuánticas

IV. APLICACIONES DE LA NANOTECNOLOGÍA

IV-A. Diagnostico temprano

En el campo mas utilizado es la imaginología medica, tales como resonancia magnética, radiología y tomografía, los nano- dispositivos son utilizados como agentes de contraste, pero a diferencia de los tradicionales, estos dispositivos tienen mejora capacidad de dispersión, incremento de biocompatibilidad y mayor capacidad de ligado en las células, permitiendo así una mejor imagen y posterior mas especifico tratamiento; además el avance tecnológico a permitido crear nanopartículas superparamagneticas de oxido de hierro, permitiendo mayor sensibilidad en las resonancias magnéticas[7], [10], [18].

IV-B. Tratamiento de enfermedades cardio vasculares

Una de las enfermedades que mas afecta a los países desarrollados son las enfermedades cardio vasculares, por ello se ha invertido grandes sumas monetarias a la investigación en cuanto al tratamiento y prevención de estas enfermedades se refiere.

Gracias a la utilización de nanopartículas se puede detectar lesiones de arteriosclerosis, dado que las nanopartículas se unen a factores producidos por la activación de la placa arteriosclerotica, de las misma manera las nanopartículas son capaces de administrar medicamentos para inhibir las células que llevan a fallas cardíacas [7], [22], [19].

En el caso de que el paciente ya tenga síntomas de alguna enfermedad cardio vascular, las nanopartículas pueden ser administradas con genes de crecimiento, haciendo que el cuerpo produzca proteínas terapéuticas[7].

IV-C. Cambio de forma de administrar algunos medicamentos

Algunos medicamentos tales como: insulina, hormonas, vacunas entre otros, no pueden ser administrados vía oral dado a que son de fácil degradación, tienen baja absorción y su vida media es corta, pero gracias al uso de nanoesferas y nanocapsulas se logrará su administración vía oral, además de reducir los efectos secundarios tales como la irritación de la mucosa gastrointestinal, la toxicidad y las inmunización, dando la posibilidad de mejorar la estabilidad del compuesto activo de los medicamentos[7], [8].

IV-D. Control de infecciones

Al ser posible la administración por vía oral de ciertas vacunas, gracias a la utilización de nanoemulsiones se puede prevenir de manera mas fácil y eficiente la infección para la cual esta hecha la vacuna; Se ha desarrollado también nanopartículas relacionadas con la asepsia y la inactivación de agentes infecciosos en los hospitales[8], [7].

IV-E. Control de sangrado

El proceso de hemostasia tradicional implica el vaso sanguíneo afectado y además las células sanas adyacentes, el proceso se realiza quitando el suministro de oxigeno del vaso afectado, pero al estar ligado a las células sanas de su alrededor puede producir otro tipo de fallas; Con la nanotecnología se han desarrollado soluciones nanohemostáticas, las cuales disminuyen notablemente el tiempo del sangrado y no afecta a las células adyacentes las cuales puede servir como materia prima en el proceso de regeneración del tejido dañado[7], [5].

IV-F. Nanocirugía

En este campo se ha desarrollado herramientas para cirugía nanométricas, es decir intervenciones quirúrgicas a nivel celular, entre estos dispositivos se tiene sistemas láser, nanojerigas, nanopinzas, nanoalambre, entre otros, por ejemplo el sistema láser puede se utilizado con pulso en el orden de los nano joules durante femtosegudos, esto permite manipular estructuras a nivel celular tales como cito esqueletos, mitocondrias, cromosomas entre otras [7].

V. LA NANOTECNOLOGÍA Y EL CÁNCER

Sin lugar a duda uno de los campos mas promisorios en cuanto a la utilización de esta tecnología es en el tratamiento contra en cáncer, teniendo como objetivos principal el diagnostico temprano y el tratamiento especifico hacia las células cancerígenas sin dañar a las células sanas que se encuentran alrededor [8].

Mediante la utilización de las gotas cuánticas y otras sustancias fluorescentes se ha podido reconocer las células cancerígenas en etapa temprana; también se ha identificado las causas del cáncer mediante nanosensores que detectan mutación genética [4], [8], [13], [6].

Dado a que los nanodispositivos están programados y cuentan con una inteligencia son capaces de detectar las células cancerígenas y atacarlas, pero teniendo la gran ventaja de no afectar a las células sanas que se encuentran alrededor, en la figura se muestra como se transporta y se aplica los fármacos a nivel de nano escala[4], [8], [3], [11].

Figura 5. Liberación de Fármacos Dendricos

En cuanto a la detección temprana de esta enfermedad los científicos han determinado algunas proteínas características presentes en el cáncer por lo que la utilización de dendrímeros se vuelve papel fundamental[4], [6], [1].

VI. LA NANOTECNOLOGÍA Y LA NASA

Investigadores de la NASA buscan prevenir y tratar los efectos causados por la radiación, que se suscitan en viajes espaciales; Los astronautas serán inyectados con dosis de tectodendrímeros los cuales tienen varias funciones dentro del organismo, y su vez se le coloca un dispositivo en oído que receptará las señales emitidas por los dendrímeros [4].

Los dendrímeros ya dentro del cuerpo del astronauta evaluarán el estado de las células y sus cambio característicos al ser expuestas a la radiación, instantáneamente este dendrímero emitirá fluorescencia cuando se suscite algún cambio en las estructura de las células, es aquí donde interviene el dispositivo colocado en el oído, este dispositivo es capaz de contar las células que emiten fluorescencia de la sangre que fluye por los capilares del tímpano, y su vez este dispositivo enviará mediante señal inalámbrica un reporte al computador central de la nave que tomará acciones correctivas[4].

De la misma manera los nanodispositivos dentro del cuerpo del astronauta serán capaces de liberar encimas con el fin de curar partes dañadas, y haciendo que funcionen nuevamente[4].

VII. ÁMBITO ÉTICO

Del mismo modo como cualquier avance tecnológico este será un arma de doble filo, pues además de ser una herramienta para el confort y el mejoramiento del estilo de vida de las personas, existirá organizaciones que estarán en contra de dichos avances, alegando que existe un limite acerca de modificar y tratar de alargar la vida de las personas y esto conlleva a la discusión sobre que tan ético es romper los paradigmas que impiden desarrollar y brindar el apoyo por parte de los gobiernos y entidades de investigación para esta tecnología.

VIII. CONCLUSIONES

La nanomedicina se esta convirtiendo en una oportunidad de vida para las generaciones futuras y gracias al hecho de que se esta invirtiendo grandes sumas de dinero en el desarrollo y la investigación es muy posible que nuestra generación también sea la receptora de estos avances.

Como se sabe, muchos de los avances tecnológicos que fueron desarrollados por la NASA son ahora aplicaciones para el mundo en general, lo que me lleva a decir que en un futuro cercano toda esta tecnología estará disponible para mejorar el tiempo y estilo de vida de las personas.

Se puede ver que existe un avance importante en cuanto a la detección temprana y al tratamiento del cáncer por lo que esta enfermedad no será mas causa de muerte en las personas y podría decir que puede llegar a convertirse en una enfermedad curable.

Ademas de la medicina la nanotecnología tiene aplicación en mucho otros campos de la ciencia que cumplirá con los objetivos de los avances tecnológicos en general, que es mejorar el estilo y tiempo de vida de los seres en este planeta incluyendo todo organismo vivo, no solamente seres humanos. Se puede decir que la ciencia esta dando pasos agigantados

y no es fantasía que algún día podremos contar con sistemas inteligentes y miniaturizados en cada ambiente y a disposición de todas las personas y no solo enfocados a gente con buena posición económica.

De la misma manera como sus beneficios podemos observar los perjuicios del desarrollo tecnológico, dado que se intenta modificar el desarrollo natural de la vida, concepto que gene- raría discusión en el campo de la ética de la humanidad.

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Autor:

Ochoa Guaraca Mario Esteban

Estudiante de Ingeniería Electrónica

Universidad Politécnica Salesiana

Cuenca-Ecuador