- Resumen
- Introducción
- El cáncer
- Nanotecnología
- Nanotecnología en la medicina
- Nanomedicina ante el cáncer
- Análisis
- Conclusiones
- Referencias
Resumen
En el presente articulo hablaremos sobre la nanotecnología, sus aplicaciones en la medicina, y el por que se ha convertido en una de las alternativas mas sobresalientes ante la búsqueda de soluciones para una de las enfermedades mas mortales a nivel mundial, el cáncer.
In this document we talk about nanotechnology, it's aplications in medicine and why it has become one of the most popular alternative methods in the search for solutions for one of the most deadly diseases worldwide.
Términos índice— nanotecnología, nanomedicina, cáncer.
La nanotecnología se ha convertido en una de las tecnologías que mejor se perfila como la de mayor proyección a futuro, debido a su variedad de aplicaciones. Una de ellas es la nanomedicina, que no es mas que su aplicación a las ciencias medicas, cuyo objetivo principal es el de desarrollar herramientas capaces de prevenir y tratar enfermedades que se encuentran aún en etapa de desarrollo. El cáncer por otro lado, es una de las enfermedades con mayor taza de mortalidad en el mundo, atribuyéndose esto a las complicaciones actuales que presentan sus tratamientos, al igual que a la falta de métodos de reconocimiento preventivos. Es por ello que nos encontramos en la necesidad de encontrar terapias alternativas que resulten mucho mas efectivas en la lucha contra esta enfermedad. La nanomedicina gracias a su tecnología y versatilidad, es quien permite romper aquellas barreras presentes dentro de un organismo, permitiendo identificar marcadores de predisposición al cáncer y lesiones cancerosas.[1, 4]
A lo largo de los años se ha llegado a descubrir una gran cantidad de tipos de cáncer,que a pesar de su diversidad siempre tienen un punto en común, su origen. El cáncer empieza su desarrollo cuando las células en una especifica parte del cuerpo empiezan a crecer fuera de control, teniendo la capacidad de invadir y destruir otros tejidos. Siendo este capaz de desarrollarse a partir de cualquier tipo de célula, o tejido, no se debe considerar como una enfermedad única, sino mas bien como un conjunto de enfermedades que son clasificadas en función del tejido y de la célula de origen[7].
Etimología.
Al físico griego Hippocrates (460-370 BC), considerado el "Padre de la Medicina", es a quien se le atribuye la creación de la palabra cáncer. El solía usar términos como "carcinos" y "carcinoma" para describir úlceras tumorales. En griego, estas palabras son referentes a un cangrejo, ya que el cáncer presenta ramificaciones que son similares a las extremidades de este crustáceo. El físico romano Celsus(28-50 BC), luego traduciría el término griego a cáncer, la palabra latina para cangrejo. Otro físico griego, Galen (130-200 AD), uso la palabra oncos (traducción griega para hinchazón ) para describir tumores. Sin embargo, la analogía de Hippocrates y Celsus es usada aun hoy en día para describir tumores, y el término de Galen es usado como parte del nombre que se le da a los especialistas en cáncer, Oncologistas [17].
Causas de cáncer.
Las causas de cáncer son muy complejas y pueden depender de distintos factores , algunos tipos de cáncer son más comunes que otros y, dependiendo del tipo, las posibilidades de supervivencia pueden variar. La mayoría de ellas no tienen un origen conocido, y surgen espontáneamente por causas inexplicables, haciendo aún más complejo su tratamiento[3].
Una de las causas que puede aumentar el riesgo de cáncer es la exposición a ciertas sustancias químicas, metales o pesticidas. Toda aquella sustancia que se sabe es productora de cáncer se conoce como carcinógeno, estos pueden actuar conjuntamente con otros carcinógenos, como lo es el humo del cigarrillo para aumentar el riesgo de cáncer.
Los cancerígenos más comunes que existen actualmente son aquellos que se encuentran presentes en el humo del cigarrillo, se sabe que al menos 60 carcinógenos y 6 sustancias tóxicas se encuentran en su contenido[5].
Existen muchos criterios acerca de la definición de la nanotecnología, y como cualquier criterio, estos deben ser tomados con cautela. Por ejemplo, hay quienes afirman que la nanotecnología es la tecnología de lo infinitamente pequeño, esto no es del todo correcto, ya que esta definición respondería mejor a la física de altas energías, quien trabaja con protones, neutrones, etc. También están quienes argumentan que la nanotecnología trata de reducir objetos a tamaños inimaginables, tampoco siendo esto correcto ya que la creación de esta tecnología requiere de técnicas de fabricación y conceptos muy diferentes. Podríamos, por lo tanto, de una manera más generalizada definir a la nanotecnología como la fabricación de dispositivos, materiales, estructuras, etc, a una escala nanométrica[2].
Escala nanométrica.
Del gran impacto que se ha generado actualmente al rededor de la nanotecnología y de la gran variedad de sus aplicaciones, proviene el uso del prefijo "nano". Es por ello que se escucha mencionar nombres de disciplinas como nanoquímica o nanomedicina, así como de objetos tales como nanotubos o nanopartículas. Es decir, cuando una palabra contenga el prefijo "nano" nos indicara que ese campo se analizará desde sus componentes más pequeños, (Nm=Nanómetro, unidad de medida nm= 1×1 0 -9 m ) [10]. Podemos observar en la figura 1 un detalle de algunos nanoestucturas y sus tamaños[2].
Figure 1:Nanoestructuras biológicas y artificiales con su tamaño característico. [3]
Nanociencia y nanotecnología.
Es muy común el confundir estos dos términos, sin embargo ambas presentan características que las diferencian, por lo tanto vamos a describir la más importante, Nanociencia estudia los fenómenos y la manipulación de materiales a escalas nanométricas, mientras que la nanotecnología es el diseño y aplicación de estructuras, dispositivos y materiales en estas escalas. Ya que el termino "nanotecnología" abarca un amplio rango de técnicas y aplicaciones, se encuentra más apropiado llamarlas nanotecnologías, la ingeniería, la física y la química son algunas de las disciplinas que convergen en ella.[16]
Nanomateriales y aplicaciones generales.
Gracias a los avances de la nanotecnología, se han desarrollado productos a partir de nanomateriales, siendo su objetivo el sustituir reactivos químicos, materiales y equipos, que puedan resultar perjudiciales para el ambiente además de costosos. Los nanomateriales pueden ser de distintos tipos, como: nanocristales, nanopartículas y nanotubos, cuyas propiedades físicas, mecánicas y electrónicas son de gran utilidad en variadas aplicaciones.[13]
En el campo de los polímeros, se trabaja en el desarrollo de superficies de nanofibras, que son diseñadas para demostrar características bioquímicas especificas, lo que conlleva a que estos tejidos se puedan a adherir a células para controlar sus funciones. Estos elementos pueden ser utilizados como membranas multifuncionales, elementos estructurales biomédicos: recubrimientos para heridas, órganos artificiales, reparación vascular, etc. [14]
Nanoestructuras.
Hoy en día existe una gran cantidad de investigadores que buscan encontrar nuevas técnicas que permitan perfeccionar la fabricación de nanoestructuras. Para generar materiales nanoestructurados existen dos técnicas:
Top-down: Consiste en desarrollar nanoestructuras en base al grabado de un bloque de material.
Bottom-up: Consiste en producir materiales nanoestructurados a partir de nanobloques de átomos o moléculas[12].
Figure 2:Técnicas para producir materialses nanoestructurados . [12]
La aplicación de la nanotecnología en la medicina toma el nombre de nanomedicina, quién conforme a sus avances permite el tratamiento de enfermedades desde el interior del organismo, es decir a niveles moleculares. Siendo esta la manera en que dispositivos pueden entrar fácilmente en la mayoría de las células, e inclusive transitar por el torrente sanguíneo.
La nanomedicina es parte ya de los principales temas de interés e investigación a nivel mundial debido a su trabajo en el diagnostico, prevención y tratamiento de enfermedades, ya que permite actuar con las biomoléculas (proteínas y ácidos nucleicos). Posibilita un mejor conocimiento de las vías de regulación y señalización que dirigen el comportamiento de las células[18]. Además, por ejemplo, aplicaciones de nanopartículas de plata, oro o de materiales semiconductores, que son utilizados como sensores ópticos debido a sus propiedades superficiales de absorbancia (paso óptico y concentración de una sustancia en una muestra) y luminicencia (emisión de luz, cuya emisión de radiación lumínica es provocada en condiciones de temperatura baja) [6].
Nanodiagnóstico
Su objetivo es el de identificar enfermedades en sus etapas iniciales, en nivel molecular o celular, mediante el uso de nanodispositivos y sistemas de contraste. Una temprana identificación permitiría una rápida acción, es decir un rápido análisis y aplicación del medicamento necesario para atacar células malignas, lo que derivaría en una mayor posibilidad de curación.
Estos nanosistemas de diagnóstico pueden ser: in vitro o in vivo. El nanodiagnóstico in vivo requiere que los nanodispositivos puedan penetrar en el cuerpo para de esa manera identificar la presencia de un patógeno o de células cancerígenas. Esto podría conllevar a varios problemas con la biocompatibilidad, es decir, que el cuerpo se encuentre o no en la necesidad de rechazar el material del que esta hecho el dispositivo, por lo tanto, se requiere un diseño mas sofisticado para asegurar su eficacia y ademas minimizar los efectos secundarios que puedan existir. Por otro lado, en el diagnóstico in vitro, no se requiere un diseño tan especifico y complejo, ya que puede realizarse en pequeñas muestras de fluidos corporales o tejidos, y que además se puede llegar a obtener un resultado muy preciso en cortos tiempos de análisis. [8]
La nanotecnología tiene el poder de cambiar radicalmente la manera en que es diagnosticado y tratado el cáncer, existen muchas investigaciones que apuntan al desarrollo de nanodispositivos, capaces de detectar el cáncer en etapas tempranas, localizando su posición dentro del cuerpo e implantando medicamento anticancerígeno específicamente a las células malignas. Los dispositivos a nanoescala, que tengan un tamaño menor a 50 manómetros, pueden ser introducidos fácilmente dentro de la mayoría de células, mientras que los que tengan menos de 20 manómetros pueden transitar por el torrente sanguíneo. Como resultado, los dispositivos a nanoescala pueden interactuar inmediatamente con biomoléculas, tanto en la superficie de la célula (para prevención) o dentro de ella. Se ha probado ya que pueden transportar agentes terapéuticos a células especificas, ya que a pesar de su tamaño, estos dispositivos pueden transportar decenas de miles de pequeñas moléculas. [15]
Los nanodispositivos pueden permitir una rápida y efectiva detección de moléculas de cáncer, ayudando a los analistas a detectar cambios moleculares, inclusive cuando estos ocurran en porcentajes reducidos del área celular, lo que permite que su tratamiento sea mucho mas rápido y mas eficiente con respecto a costos.
Pero los nanodispositivos, no funcionan por si mismos, es necesario mostrarles como localizar el tumor, y para ello es necesario el recubrir su superficie con moléculas biológicas con afinidad hacia un especifico compuesto de la célula cancerosa a localizar. Pero ademas de ello es necesario dotar al dispositivo con una capa de invisibilidad, para evitar que sean absorbidos antes de llegar a la parte afectada [11].
Actualmente, se trabaja en el desarrollo de un modelo experimental de limfoma en ratas, para poder comprobar si la exposición de la piel del roedor a un láser, ademas de previamente implantados nanotubos de carbono, se puede eliminar las células cancerosas, ya que estos nanotubos permiten la concentración de los rayos en células especificas, haciendo mas fácil su eliminación, sin afectar al resto.[21]
Administración de medicamentos.
Muchos de los medicamentos de uso común son péptidos o proteínas, como por ejemplo la insulina, hormonas y vacunas. Que no pueden ser administrados por vía oral debido a que tienen baja absorción o son degradados encimáticamente, por lo tanto, el uso de nanocápsulas permitiría no solo su administración oral sino que también evitaría los efectos secundarios. Sin embargo, a pesar de que estos medicamentos pueden ayudar a brindar un tratamiento más eficaz a los tumores mas desarrollados, no puede llegar a todos las células de una manera uniforme. [9]
Cirugía nanorobótica.
Nanorobots pueden ser implantados dentro de un cuerpo mediante el torrente sanguíneo, un nanorobot quirúrgico, puede ser insertado y guiado por un medico cirujano, este dispositivo puede ser usado para buscar lesiones patológicas y luego corregirlas, así como destruir células malignas, evitando afectar a células que no presentan ningún gen que pueda llegar a desarrollarse como cáncer. En un futuro, nanorobots equipados con instrumentos, serán capaces de realizar intervenciones intercelulares mucho mas precisas que con las que hoy en día se experimenta, mucho más allá de las capacidades de intervención de la mano humana actualmente, removiendo obstrucciones microvasculares, re condicionando células vasculares endoteliales y células cancerígenas aisladas [22].
Nanopartículas inteligentes.
Uno de los descubrimientos más prometedores son las llamadas "smart nanoparticles", las cuales son módulos de envió y recepción de señales, usando el mismo sistema de comunicación de las células dentro del cuerpo. Estos módulos son dirigidos hacia tumores, para luego recibir módulos que contienen nanogusanos con oxido de hierro. Usando un efecto fototérmico, el módulo de señal inicia el proceso de coagulación de la sangre, y enviá la ubicación del tumor al modulo receptor. Estos sistemas de comunicación de nanopartículas, representan la siguiente generación de herramientas autónomas, en el tratamiento y diagnostico del cáncer y otras enfermedades. [20]
Terapia basada en nanopartículas.
Ademas de ser muy importantes en el diagnostico y reconocimiento temprano, las nanopartículas pueden ser usadas como agentes terapéuticos, es decir, una vez que se hayan unido a células cancerígenas o tejido dañado, se les puede inducir calor mediante la aplicación de campos magnéticos de baja intensidad, siempre y cuando estas sean nanopartículas magnéticas o mediante radiación por luz infrarroja, esto para partículas metálicas. Por lo tanto, en ambos casos, el calentamiento provocara la destrucción de las células tumorales por hipertermia, evitando afectar a los tejidos y células que se encuentran sanos al rededor de ellas. [11]
El potencial de la nanotecnología es muy amplio, en especial cuando se trata de la lucha contra el cáncer. Sin embargo, su investigación no es prioritaria a nivel mundial, inclusive siendo desconocida su existencia en muchos lugares. Es muy importante que se inviertan recursos para el estudio y continua investigación de esta ciencia que puede salvar muchas vidas, ya sea atacando la enfermedad ya desarrollada o pudiendo en un futuro encontrar los agentes biológicos patógenos de esta enfermedad y contrarrestarlos inclusive antes de que el individuo se desarrolle completamente, lo que derivaría en una reducción de la inversión económica que cada gobierno destina para esta causa.
Aunque gracias a esta tecnología, es posible poder ubicar el origen exacto de esta enfermedad, o el lugar de su ubicación, el estilo de vida del individuo y medios externos pueden alterar el progreso de la misma, ademas de los resultados que puedan manifestarse al aplicar agentes que contrarresten las células malignas. Ademas de el hecho de que su desarrollo debe enfrentar grandes barreras, como los costos, la calidad de los dispositivos y la distribución de los mismos a los sectores que mas ayuda necesitan ante la presencia de esta enfermedad.
Por ello existen muchos puntos de vista que acreditan a la nanomedicina como una ciencia que las futuras generaciones deben implementar como su base de investigación científica, debido a que los beneficios que puede presentar son innumerables, sin embargo, también existen quienes se oponen a ella, por ejemplo en muchos sectores su aplicación es causa de controversia, ya que se manifiesta que uso convertiría a la practica médica en un simple taller de reparaciones.
1M.Álvarez-Lemus,T.López-Goerne. Nanotecnología y cáncer: Aplicación al tratamiento de tumores cerebrales. Arch Neurocien (Mex), Vol 17. 2012.
2 Juan Hernani,Carlos Briones, Elena Casero, Nanociencia y Nanotecnología: Entre la ciencia ficción del presente y la tecnología del futuro. Fundación Española para la ciencia y la tecnología, España, 2005.
3Grupo de investigación en Bioética de la Universidad de Valencia, Juan E riese. las implicaciones Éticas de la nanomedicina. Fundación Española para la ciencia y la tecnología. 20 de Abril 2013.
4Elena Pérez Izquierdo. NANOTECNOLOGÍA AL SERVICIO DE LA MEDICINA. International Journal of Pharmaceutics 2010.
5Lewis, Sharon, Margaret, Shannon. Que es el cáncer?. Agency for Toxic Substances and Disease Registry. 2001.
6lic. Frank Echeverría Castillo. Retos de este siglo: nanotecnología y salud. Instituto de Hematología e inmunología. La Habana, Cuba. 2013.
7Lic. Constanza Celano, Lic. María C. Chambi, Dra. Natalia Gandur. MANUAL DE ENFERMERÍA ONCOLÓGICA. Instituto Nacional del Cáncer. Buenos Aires Argentina.
8Laura M. Lechuga. Nanomedicina: aplicación de la nanotecnología en la salud. Centro de Investigación en Nanociencia y Nanotecnologia (CIN2). Consejo Superior de investigaciones Científicas
9Dianney Clavijo Grimaldi, Gregory Alfonso Garcia, Ciro Alfonso Casadiego. Nanotecnología en el diagnostico y tratamiento médico. Aceptado II Simposio nacional en Nanotecnología: Nano Forum. Junio 2008.
10Jesica N. Taira, Oscar E. Zumsteind. NANOTECNOLOGÍA EN MEDICINA. C & T-Universidad de Palermo. Facultad de Ingeniería. Enero 2005.
11Laura M. Lechuga Gómez. Profesor de Investigación del CSIC. La revolución de la Nanomedicina. Grupo de Nanobiosensores del Cnetro de Investigación en Nanociencia y Nanotecnología (CIN2:CSIC-ICN).
12Guadalupe Mendoza Uribe, José Luis Rodríguez López. La nanociencia y la nanotecnología: una revolución en curso. Perfiles latinoamericanos 29. Aceptado Septiembre 2006.
13Nerlis Pajaro Castro, Jesús Olivero Verbel, Juan Redondo Padilla. Nanotecnología aplicada a la medicina. Revista Científica Guillermo de Ockham, vol. 11, num.1, Enero-Junio, 2013. Cali, Colombia.
14Albert Ortiz M. Psiquiatra, City College of the City University of New York. Nanotecnología y biomedicina. PUBLICACIÓN CIENTÍFICA EN CIENCIAS BIOMÉDICAS. Vol. 7. No. 11. Enero-Junio 2009
15Nicole Chia Poh Hui. Nanomedicine and Cancer. Report, university of Winsconsin-Madison. Science and Technology Studies, Section 84405. 2005
16Sara James, Alisa Gonzáles, Carolina Granados, David Álvarez, Erik Espitia. Nanotecnología: avances y expectativas en cirugía. Facultad de medicina, Pontificia Universidad Javeriana, Bogotá , D.C, Colombia.
17kardinal C, Yabro J, Harvey AM., Institute Jules Bordet . The History of Cancer. 2014 Copyright American Cancer Society. Diciembre 6, 2014.
18Marta Cuadros C., Aurora Llanos M., Roman V. Portero. Nanotecnología en Medicina: Informe de síntesis de tecnología emergente. Agencia de Evaluación de Tecnologías Sanitarias de Andalucía. 2009 Espana.
19Cesar A. Gonzales. Nanomedicine in Cancer. Universidad del Ejercito y Fuerza Aerea. Biomedical Engineering . Instituto Politecnico Nacional. Carlos Alexandre Barros de Mello. Mexico. 2009
20 Ravi Ghanshyam Patel, Ankur Singh. Miniature Medicine. Nanobiomaterials for therapeutic delivery and cell engineering applications. IEEE PULSE. March-April 2014.
21Sonal Mazumder, Saket Bhargava. NANOROBOTS: CURRENT STATE AND FUTURE PERSPECTIVES. Department of Chemical Engineering, Birla Institute of Technology and Science, June 2014
22Robert A. Freitas Jr. Nanotechnology, nanomedicine and nanosurgery. INTERNATIONAL JOURNAL OF SURGERY. Institute for Molecular Manufacturing, 555 Bryant Street. CA. USA.
Autor:
Cesar Augusto Cango Espinoza
Actualmente cursando quinto ciclo
Ingeniería Eléctrica
Universidad Politécnica Salesiana
Cuenca-Ecuador
Hernán Santiago Bermeo Sarmiento
Actualmente cursando quinto ciclo
Ingeniería Electrónica
Universidad Politécnica Salesiana
Cuenca-Ecuador