Nanomedicina

Resumen

Este documento pretende dar una visión de lo que es la nanomedicina, lo que significa, sus aplicaciones para detectar enfermedades a tiempo, sus avances tecnológicos, el tratamiento de estas enfermedades, los medios de transporte para llevar los fármacos a los lugares afectados, sus nanoherramientas tales como los puntos cuánticos, nanobiosensores y la medicina regenerativa.

Abstract—This paper aims to give an overview of what is nanomedicine, which means its applications to detect diseases early, its technological advances, the treatment of these diseases, the means of transport to bring the drugs to places affected their nanotools such as quantum dots, nanobiosensors and regenerative medicine.

Introducción

Cada día la tecnología avanza más rápido, especialmente en el campo de la medicina, y se hace más evidente la necesidad de investigar la utilización de nanomateriales en los diferentes campos de esta rama, tanto para el diagnóstico temprano de enfermedades, como en su medicación y posteriormente tratamiento y cura, estas y futuras aplicaciones, así como los efectos debidos a su utilización, justifican profundizar en el papel de la nanotecnología en la actualidad, con la aplicación de la nanomedicina obtendríamos el mejoramiento de la vida humana.[1][2]

DESARROLLO

Nanomedicina

Las herramientas y técnicas a la nanoescala están ayudan- do no sólo al diseño de materiales con dimensiones nano- métricas que presentan características nuevas o mejoradas sino también a entender y manipular células vivas y componentes biológicos, esto solo se puede lograr con la combinación de la nanotecnología con la biología, por lo que se está abriendo un camino potencial a la obtención de nuevos biosensores y nanoherramientas [3][1]

Figura 1. Nanosensores para el diagnóstico precoz de enfermedades[1]

La Nanomedicina abarca tres áreas de mucha importancia como son: la liberación controlada de fármacos, el nano- diagnóstico y la medicina regenerativa. Los nanosistemas de liberación de fármacos llevan la medicación sólo a las células o zonas dañadas porque así el tratamiento será más efectivo y con menos efectos secundarios. El nanodiagnóstico desarrolla e implementa sistemas de análisis y de imagen para detectar una enfermedad o un mal funcionamiento celular tempranamente. La medicina regenerativa repara o reemplaza tejidos y órganos daña- dos aplicando herramientas nanobiotecnológicas. Otros objetivos de la nanomedicina es desarrollar nanoherra- mientas para manipular células, mediante la interacción específica con los propios nanoobjetos naturales de las células. Ya se están creando nanopinzas y herramientas quirúrgicas de pequeño tamaño que permitirían localizar, y reparar células dañadas.[1][4]

Figura 2. Bio Pen, bolígrafo que permite reparar tejidos o huesos en mal estado[5]

II-B. Nanosistemas de diagnóstico y tratamiento

Esta área implementa dispositivos de diagnóstico o pronóstico más eficaces, con el fin de optimizar la identificación de enfermedades, así como su evolución a nivel celular mediante la utilización de nanopartículas o nanodispositivos, de esta forma tendremos una respuesta más rápida para tratar las enfermedades y reparar tejidos u órganos humanos.[2][6][7]

II-B1. Nanopartículas:

Las nanopartículas son partículas microscópicas cuyos usos superan con por mucho su tamaño minúsculo. Por definición, miden menos de 100 nanómetros. El pequeño tamaño de las nanopartículas les dota de propiedades inusuales, los investigadores médicos están experimen tando con nanopartículas para buscar y tratar los tumores cancerosos. Otras nanopartículas en tejidos se pueden utilizar como agentes antibacterianos.[8]

Figura 3. Formas de las nanopartículas[9]

Para detectar células cancerígenas pueden utilizarse pun- tos cuánticos, llamados de esta forma porque su tamaño nanométrico provoca un efecto de reclusión cuántico en su estructura. Los puntos cuánticos están construidos de material semiconductor y contienen cientos de átomos y cuando son alterados emiten luz en diferentes longitudes de onda dependiendo de su tamaño, esta tecnología para el tratamiento del cáncer evitaría los graves problemas de efectos secundarios que conllevan los actuales trata- mientos de quimio o radioterapia. [1][2][10]

Figura 4. Puntos Cuánticos[1]

Figura 5. Disolución de puntos cuánticos de distintos tamaños, funcionamien- to de un punto cuántico[12]

Figura 6. Imágenes de experimentos con puntos cuánticos[1]

Las nanopartículas también pueden usarse para transportar moléculas de metal que son usadas para obtener mejores imágenes del interior del cuerpo humano mediante resonancia magnética. Con estas nanopartículas es también posible obtener imágenes de tumores milimétricos. Algunos de estos nanoagentes ya han sido aprobados para su utilización rutinaria en clínica. Se pueden utilizar para obtener mejores contrastes en imágenes ópticas, de Rayos-X y por ultrasonidos.[4][13][14]

II-B2. Nanobiosensores:

Los nanobiosensores son biosensores cuyas propiedades vienen dadas por escalas nanotecnológicas, pueden de detectar en tiempo real y con una alta sensibilidad agentes químicos y biológicos, además podrían ser fácilmente introducidos en el interior del cuerpo humano, y por esta razón pueden proporcionar datos mucho más exactos y confiables del estado de salud de las personas.[15][16]

Para obtener el lugar del daño, hay que cubrir la superficie del punto cuántico con moléculas biológicas también llamados bioreceptores, con similitud hacia un compuesto específico que esté asociado con un tipo de cáncer en particular. Cuando los puntos cuánticos se acercan a este compuesto, ambos se unen y se detecta la interacción iluminando los nanocristales con luz ultravioleta y observando su emisión característica. Los puntos cuánticos tienen una diversidad de colores por lo que se pueden combinar para detectar distintos daños al mismo tiempo.[11]

Estos sensores están formados por nanocables de 300 nanómetros de longitud a los que están unidos anticuerpos. Un anticuerpo es una molécula que produce y utiliza nuestro cuerpo para reconocer específicamente a las sustancias que pretenden hacerle daño. Cuando el sensor detecta una molécula relacionada con la enfermedad, produce una señal que mediante un software se traduce en un diagnóstico, que puede ser leído en la pantalla de una computadora. Para construir estos nanobiosensores, se requiere la ayuda de la microelectrónica. [17]

Figura 7. Fabricación de un nanobiosensor con tecnología microelectrónica[18]

Liberación controlada de fármacos

Los fármacos tienen que estar protegidos durante su transporte por el cuerpo hasta llegar al lugar del daño, para mantener sus propiedades físico-químicas y para proteger a las otras partes del cuerpo. Una vez que el fármaco llega a su destino, necesita liberarse a una velocidad apropiada para que sea efectivo.[23]

Se puede usar muchos tipos de nanoestructuras como transporte para la administración de fármacos tanto oralmente como inyectados en sangre. Entre ellas podemos destacar la utilización de nanopartículas de material cerámico, nanocapsulas, dendrímeros, liposomas, etc.[23][24]

Los biosensores nanofotónicos tienen una de las mayores sensibilidades en la detección de proteínas y ADN, tal como se muestra en la Figura 8. En estos sensores se hace uso de la forma particular en que las guías de ondas transmiten la luz: esta transmisión tiene lugar a lo largo de la guía mediante múltiples reflexiones internas en condiciones de Reflexión Interna Total. A cada reflexión, una componente de la luz, denominada onda evanescente, se propaga en el medio que envuelve a la guía.[15][19][20]

Figura 8. Biosensores nanofotónicos[1]

Un nanobiosensor en construcción son los biosensores nanomecánicos, llamados de esta forma dado que el cambio en la posición y movimiento de la micropalanca inducido por el reconocimiento molecular ocurre a escala de unos pocos nanómetros.[21]

Los nanobiosensores nanomecánicos no son más que palancas de tamaño nanométrico que suenan de forma semejante a como lo hace la cuerda de una guitarra, con un diminuto pulso la palanca vibra. Cuando una pequeña masa se deposita sobre ella se produce un cambio en la vibración que nosotros somos podemos medir, detectando de esta forma la presencia del objeto que necesitamos, la palanca vibra más rápido a mayor frecuencia antes de que se deposite una masa sobre ella.[10][22]

Estos transportes son muy importantes en el desarrollo de tecnologías de liberación de fármacos específicamente en el lugar dañado o enfermo, y permiten llevar medicamentos y vacunas a las células o tejidos afectados pero sin dañar a otras zonas del cuerpo, en el caso de los fármacos anticáncer, se usan las nanoestructuras para que el fármaco llegue directamente a la zona afectada, de este modo se evita los efectos secundarios de la quimioterapia.[25]

Nanomedicina regenerativa

La nanomedicina regenerativa tiene como objetivo recuperar o reemplazar los órganos o tejidos que tienen algún tipo de daño, mediante la terapia celular, para estimular los mecanismos auto reparadores del cuerpo humano.[26]

Para este proceso se diseñan estructuras adecuadas para ayudar en el crecimiento de tejidos en las zonas dañadas al dirigir la proliferación y diferenciación celular, así como la producción y organización de la matriz extracelular. Pero la fabricación de estas estructuras es difícil ya que es necesario encontrar estructuras que mantengan estable el órgano o tejido dañado mientras se reconstruye la zona dañada.[27][28][29]

Entre los materiales que generalmente se utilizan destacan los nanotubos de carbono, las nanofibras de polímeros biodegradables, también utilizan superficies estructuradas en la escala nanométrica, que pueden ser incubadoras de líneas celulares que ayudan en el proceso de diferenciación celular, algunos ejemplos destacables incluyen polímeros a la nanoescala moldeados en válvulas de corazón de polímeros para la regeneración ósea.[30][31]

Conclusiones

Finalizado el presente documento podemos ver que la nanotecnología en especial la nanomedicina tiene muchos beneficios que en el futuro nos servirán de mucha ayuda para preservar la salud de las personas, la nanomedicina y sus herramientas nos ayudan para detectar enfermedades tempranamente, y cuando son detectadas, mediante los nanobiosensores y nanoherramientas podemos llevar los fármacos al lugar específico del daño, de esta manera la cantidad de este fármaco se reducirá ya que llega directamente a la zona afectada, y podremos reducir los efectos adversos de los medicamentos, el nanobiosensor en el futuro podría estar complementado con un reloj digital que tenga un orificio para introducir una gota de sangre, y de este modo en la pantalla nos saldrá el diagnóstico de la persona, o los resultados los podríamos mostrar en una pantalla, ya sea de celular o televisión, o hasta en una computadora. Este invento sería útil en los servicios de salud.

La nanomedicina está ofreciendo métodos para mejorar tanto las características de difusión del fármaco como las de degradación del material encapsulante, permitiendo que el fármaco se transporte de forma mucho más eficaz y que su liberación sea igualmente más controlada. Con las nuevas tecnologías se podría suministrar dosis más bajas al paciente para conseguir los mismos efectos, al mejorarse la termoestabi- lidad, el tiempo de vida y la protección de estos medicamentos frente a los tradicionales. La formulación de fármacos en forma nanoestructurada aumenta su solubilidad y eficacia por lo que ya existen en el mercado más de 100 fármacos de este tipo y muchos otros están en desarrollo. Además esto tipo de formulación permite utilizar rutas de administración más efectivas y alcanzar localizaciones en el cuerpo que tradicionalmente han sido difíciles, como el cerebro.

CONCLUSIONS

Finished this paper we can see that nanotechnology especially nanomedicine has many benefits that in the future we will much help to preserve the health of people, nanomedicine and tools help us to detect diseases early, and when detected, by nanobiosensors and nanotools we can bring the drugs to the specific site of injury, so the amount of this drug is reduced as it reaches directly to the affected area, and we can reduce the adverse effects of medications, nanobiosensor in the future could be supplemented with a digital clock that has a hole for inserting a drop of blood, and thus on the screen we will diagnose the person, or the results of could show on a screen, either cellular or television, or up on a computer. This invention would be useful in health services.

The nanomedicine is offering methods to improve diffusion characteristics of both the drug and the degradation of the encapsulating material, allowing the drug is much more efficient transport and release form is also more controlled. With new technologies could provide lower patient dose to achieve the same effects, improved thermostability, the life and the protection of these drugs versus traditional. The drug formulation as nanostructured increases their solubility and efficacy at that already exist on the market over 100

Drugs of this type, and many others are under development. Besides this type of formulation allows use paths and achieve more effective management locations in the body that have traditionally been difficult, as the brain.

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Autor:

René Coronel González

Universidad Politécnica Salesiana – Ingeniería Electrónica – Electrónica Analógica II Cuenca – Ecuador

René Coronel González actualmente cursando el tercer año de estudios en Ingeniería Electrónica en la Universidad Politécnica Salesiana de Cuenca, Ecuador