Capítulo
III. NANOTECNOLOGÍA, SER HUMANO Y SALUD. Avances y
aplicaciones científico-tecnológicos en el campo de
salud y vida humana.
- CONSIDERACIONES A LAS APLICACIONES
NANOBIOTECNOLOGICAS
La nanotecnología, es un área emergente y
multidisciplinar donde convergen la ciencia
(conocimiento
científico) y la tecnología
(técnica aplicada), orientadas hacia la
manipulación y control de la
materia a
escala
nano, sobre la cual, se puede transformar radicalmente el
actual estado del arte de casi todos, si no todos los
sectores industriales, incluyendo alimentación,
agricultura,
medicina,
arquitectura,
electrónica e informática; situación establece un
nuevo orden mundial frente a la inminente eventualidad de
poder crear
nuevos materiales
"inteligentes" que posean
propiedades químicas, biológicas y físicas
extraordinariamente diversas e incomparables que plantean nuevas
fronteras hacia la búsqueda de el bienestar humano, basado
en los inconmensurables beneficios en todas las ramas del saber
que brindan las tecnologías nanoescalares.
Dentro de este vasto y prometedor campo de aplicaciones
y beneficios que esbozan las tecnologías nanoescalares,
este apartado centrará su atención especialmente en el campo de la
nanobiotecnologia, entendida como el área de
"…aplicación de herramientas,
componentes y procesos de la
nanotecnología a los sistemas
biológicos…", inherentes a la salud humana; y
que abarca la denominada
"nanomedicina", que a su
vez incluye el desarrollo de
nano-herramientas que prevén avances terapéuticos
que permitirán establecer niveles de monitoreo,
detección y acción
que derrumbarán la historia natural de la
enfermedad como la conocemos hoy, planteando una
reestructuración en los paradigmas
asistenciales curativos que sustentan los actuales sistemas de
salud y de el cuidado humano, estableciendo un nuevo orden
fundamentado en las novedosas e increíbles capacidades de
pronóstico y tratamiento a niveles premonitorios de una
enfermedad otorgadas por las tecnologías nanoescalares
aplicadas a la salud humana. Pero aún existen muchas
preguntas sin respuesta en cuanto a los impactos de la
nanobiotecnología, los desarrollos y notorios avances
podrían dar como resultado personas más saludables,
aun cuando los nuevos materiales nanoscópicos liberados al
ambiente
puedan generar enfermar a una comunidad.
"…Nadie está seguro de
cómo poder distinguir entre los nanoproductos benignos y
los peligrosos, y el naciente campo de la nanotoxicología
está teñido de
incertidumbre…"
En un futuro no muy distante se pronostica que el avance
de las ciencias del
cuidado de la salud humana habrán avanzado a niveles de
detección que permitirían el "…monitoreo
de las enfermedades
en el hombre
sano, propiciando en conocimiento
de las mismas en estadios tan incipientes, que motivarán a
replantear el concepto de
enfermedad en todos sus niveles…" Las aplicaciones
nanobiotecnológicas se postulan entonces como la
solución que resolverá muchos de los problemas
actuales que corresponden a la vida y la salud del ser humano,
como lo afirma Lechuga:
…Es evidente que el [aumento en la
incidencia]… de enfermedades crónicas como
el
cáncer, la diabetes o las
enfermedades
cardiovasculares…así como el aumento de la
esperanza de vida con el consiguiente envejecimiento de la
sociedad… motiva la búsqueda de
nuevos métodos
de diagnóstico y terapéuticos que
sean más rápidos y eficaces que los actuales y
que además reduzcan al máximo los costes de los
análisis y los servicios, y
que al mismo tiempo sean
cómodos para el usuario…
Estos promisorios avances nanoterapéuticos
actualmente se desarrollan sobre tres categorías a
saber:
- Medios, técnicas
y sistemas de nanodiagnóstico - Nanodispositivos multifuncionales capaces de evitar
las barreras biológicas para transportar
múltiples agentes terapéuticos - Medicina regenerativa e ingeniería de tejidos
Categorías que se desarrollarán más
adelante en este apartado.
"[…] Nadie
está seguro de cómo poder distinguir entre
los nanoproductos benignos y los peligrosos
[…]."FUNDACIÓN HEINRICH
BÖLL. ETC GROUPLa relación y capacidad de ser humano para
hacer uso con conocimiento de causa de la
nanotecnología resultan en infinidad de beneficios
que se podrían plantear para la humanidad desde la
manipulación de la materia tanto biótica como
abiótica.En este orden de ideas la nanotecnología en
la manipulación de la materia podría influir
sobre la vida y la salud de las personas tanto de forma de
forma directa como indirecta. Directamente mediante la
aplicación de nuevas nanotecnologías que
posean componente de interacción franca evidente con la
vida y salud humana, es el caso del sector salud, donde el
diagnostico, tratamiento de enfermedades, los nuevos
alimentos
etc. hace que las aplicaciones nano estrechen su
interacción directa con la vida. Indirectamente, la
influencia que ejerce la de la nanotecnología sobre
la vida, se da por medio de las acciones
que la nanotecnología ofrece en los diferentes
sectores productivos del mundo, los cueles establecen una
relación de impacto sobre alguno de los
determinantes de la vida, que en ultimas llegan condicionar
el proceso
de salud y la vida de las personas.Estas relaciones e interacciones de impacto
directas o indirectas entre la tecnología y los
ámbitos que componen los determinantes de la vida
humana, traen consigo unas características que
determinan el grado de beneficiosa o riesgosas que puede
resultar para la vida humana. Específicamente en la
aplicación de tecnologías que manipulan la
materia a nivel nanométrico, para la producción de un bien o servicio
que contribuyan al bienestar humano se identifican en lo
diferentes niveles de interacción (directa o
indirecta) diversidad de relaciones beneficiosas y
riesgosas para la vida ser humano.En el apartado que se desarrolla a
continuación se presenta la compilación de
ventajas y preocupaciones que se identificaron mediante el
estudio (ver apartados anteriores) de la relaciones que
guarda la nanotecnología, con los diferentes
sectores productivos de la industria mundial y con los determinares de
la vida de las personas.- Ventajas. Se pueden identificar
como situaciones que generan o podrían generar
beneficios directos o indirectos para la vida y la salud
de las personas, desde cada uno de los campos donde la
nanotecnología realiza y proyecta aplicar sus
innovaciones:
- Ventajas. Se pueden identificar
- Ventajas y Preocupaciones de la
Nanotecnología para la Humanidad.
En el campo ambiental
- El desarrollo de procesos de producción
industrial no contaminante, donde se reestructurarían
los sistemas que actualmente se utilizan, los cuales producen
residuales biológicos dañinos para el medio
ambiente. Por medio de la producción
nanotecnológica de compuestos utilizados en
producción industrial se podría producir pocos
contaminantes y estos a su vez podrían ser purificados
por otro proceso nanotecnológico o reciclados dentro del
mismo sistema. - La fabricación de nanosensores, los cuales se
estructuran como componentes centrales en la
determinación rápida y precisa
(nanométrica) sobre contaminantes químicos y
microorganismos presentes en el medio ambiente (suelo, agua,
aire). - La elaboración de materiales y sistemas
producidos desde la tecnología nanométrica, los
cuales contribuyen al ahorro y
aprovechamiento máximo de los recursos
energéticos a nivel mundial. - La producción de sistemas de tratamiento y
saneamiento de contaminantes ambientales, los cuales
permitirán la eliminación de compuestos no
deseados, y nocivos presentes en el suelo, agua y
aire.
En el campo de la salud
- El aumento de las posibilidades de detección
de pequeñas cantidades de sustancias dañinas y
agentes infecciosos en el cuerpo
humano. Esto realiza aportes notables en el diagnostico
precoz de enfermedades y por ende el mejor tratamiento y
capacidad resolutiva de la terapéutica convencional
actual. - El mejoramiento de la terapéutica
farmacológica; lo que se pretende lograr mediante tres
tipos de estrategias: 1)
Incrementar la disponibilidad biológica que un
medicamento pueda tener al ser administrado en el ser humano.
2) suministro de medicamentos dirigido (medicamentos
nanoselectivos) haciendo los medicamentos más selectivos
y con menos reacciones adversas 3) Polímetros de
medicamentos, reforzados con nanopartículas que forman
uniones entre ambos materiales (entre
medicamentos). - La generación de nuevas perspectiva
terapéuticas de recuperación. 1) Caso especifico
que sucede en la intervención de la nanomedicina en la
regeneración de tejidos y órganos. 2) la
Estimulación magnética transcraneana. 3)
herramientas quirúrgicas de mayor precisión con
proyecciones hacia el tamaño molecular. 4)
Cirugía láser,
entro otros. - La generación de nuevas
tecnologías que faciliten y aproximen la
aplicación de avances en criónica
(Prolongación de la vida).
En el campo del agro y la
alimentación
- El aumento en la producción y aprovechamiento
máximo de los recursos por medio de las aplicaciones
nanotecnológicas que favorecen la disposición
eficaz, en cuanto a tiempo, espacio (cultivos inteligentes,
plaguicidas nanoencapsulados etc.) de los insumos (ADN) para
lograr la mayor producción del "producto"
esperado. (Plantas,
frutos, animales
etc.). - La producción de nuevas formas, texturas,
olores, sabores para los alimentos; lo que abriría campo
para una revolución tanto en la industria
alimenticia como en la gastronomía a nivel mundial. - El mejoramiento nanométrico de la
composición nutritiva de los alimentos. Esto
crearía notablemente, además de estrategias de
nutrición en masa a los humanos
(erradicación del hambre), se aumentaría la
producción a gran escala de los alimentos, sin que se
pierdan las propiedades nutritivas de los mismos.
En el campo socio político –
económico
- La nanotecnología al estructurarse como una
tecnología habilitadora en nuestra sociedad, que
le permite ser aplicada a cualquier rama de la
producción, por ende se generarían nuevos campos
de producción, lo que contribuiría al crecimiento
de la economía
mundial. - Generación de nuevas aplicaciones que se
conviertan en un factor de enriquecimiento y de mejora de la
calidad de
vida de los ciudadanos como valor
importante para el desarrollo y mantenimiento de las sociedades. - El gasto en inversión pública gubernamental a
nivel mundial en investigación y desarrollo
aumentará de forma notable por las grandes oportunidades
de mejoramiento que generan las nanotecnologías en los
diferentes sectores productivos de un país.
- Preocupaciones. Por otro lado con
respecto a la aplicación de la nanotecnología
en busca de dichos beneficios, se identifican
incertidumbres asociados específicamente a las
características de la diversidad de productos
que se pueden generar de la aplicación de una misma
tecnología nano a los diferentes campos productivos de
la industria mundial (ver imagen
Nº 4); características particulares y con
respecto a las cuales la investigación no es siempre
concluyente:
Imagen Nº 4: Súper producción
"nanotecnológicas: "La formula mágica"
El campo Medio ambiente
- La tendencia a la aglutinación de
partículas nanométricas de síntesis
y sus efectos potenciales con respecto al medio ambiente y a
los organismos vivientes. - La reactividad que desarrollan ciertas
partículas nanométrica frente a las interacciones
en cada espacio y durante un tiempo determinado en
interacción con otras partículas y/o con un
organismo vivo en un ecosistema
especifico. - Desconocimiento del ciclo de
vida de los productos producidos mediante
tecnologías nanométricas en el medio
ambiente. - La biodiversidad se ve agredida por las tendencias
homogeneizadoras hacia climas, animales, plantas y
paisajes que propone la nanotecnología en
busca del objetivo de
conseguir cual de la variedad de estos se constituye como mas
productivo a favor de la industria.
En el campo de la salud
- La capacidad que posee la materia nanométrica
de atravesar las barreras de los sistemas de protección
del organismo humano (barreras cutáneas, pulmonares,
intestinales, placentarias y hemato-encefálica);
logrando tener un fácil acceso a áreas del cuerpo
que están fuera del alcance de las terapias
actuales. - La limitación en la investigación
actual con respecto a las consecuencias posibles de los
nanomateriales e instrumentos que son utilizados proceso y
técnicas que incluyen la salud y la seguridad
humana. - Los Conocimientos deficientes sobre higiene
industrial ya que "los instrumentos actuales de evaluación de la exposición de los trabajadores
normalmente utilizadas […] se adaptan mal a las
nanopartículas en el medio laboral", mientras que
los pocos datos
disponibles sugieren que las exposiciones pueden ser
importantes durante la manipulación y producción
de tecnologías nano. - La toxicología de los materiales
diseñados nanotecnológicamente es en gran medida
desconocida, y en que los datos de toxicidad no pueden
extrapolarse de los estudios toxicológicos existentes
que se hicieran en partículas de escalas
mayores.
En el campo del agro y la
alimentación
- La reactividad de las nanopartículas sobre las
plantas, los animales, los microorganismos y los ecosistemas
y los efectos desconocidos de estos sobre el medio ambiente el
ser humano a corto y largo plazo. - La nanotecnología supone una grave amenaza
para la soberanía alimentaria; ya que al
aplicarse en cada una de las fases de la producción
alimentaria y de la cadena de procesamiento, la
nanotecnología representa una oportunidad sin
precedentes para una concentración todavía mayor
del control corporativo de los alimentos. - La implementación de nanoalimentos sobrelleva
a interrogantes en los cuales la investigación
nanotecnológica no es concluyente. Interrogantes tales
como: ¿Qué tipo de reacciones podría tener
las en le organismo nanopartículas adicionadas como
agentes nutritivos a la producción de alimentos?,
¿Un nano alimento con otro podría tener
interacciones nocivas para la salud del las personas que los
consumen? ¿Los enlaces que unen las
nanopartículas con los alimentos, se podrían
romper al entrar en metabolismo,
y si es así que efectos tendrían esas
nanopartículas libres en nuestro organismo?, como las
anteriores se podrían generar muchas preguntas entorno a
los posible efectos, a corto y largo plazo, de los
nanoalimentos sobre la salud de las personas.
En el campo socio político –
económico
- Las Barreras de acceso generadas por el alto costo de la
nanotecnología, tanto para los productores en sectores
determinados (agroindustrial, energético,
informático etc.) como para los consumidores que
podrían llegar a necesitar una solución ofrecida
por la nanotecnología para el bienestar
humano. - La investigación en nanotecnología se
encuentra bajo el mando de multinacionales y grandes industrias,
que a nivel mundial son las que encargan de invertir en la
investigación e implementación de la
nanotecnología; lo cual significa que mientras los
estados no se apersonen e investiguen en este campo, el
objetivo de producción económica, bajo el cual se
mueve la nanotecnología, no tendrá frutos para la
población en general de un
país. - La mayoría de gobiernos a nivel mundial
no ha desarrollado normatividad que regule la
manipulación de nanopartículas de manera segura
para el medio ambiente y para las personas, durante el proceso
de su fabricación, uso y/o desecho. - La tendencias de producción afanosa y en masa,
sobre las cuales se han establecido un gran número de
compañías cobijadas por el paradigma
industrial esencial, basado en la optimización de los
procesos de fabricación, y donde se concibe al hombre y su
mano de obra, como si de una simple maquina de
producción se tratara y cuyo objetivo fuera optimizar la
eficiencia
productiva de la compañía al coste que fuere,
inclusive abandonando y aboliendo la "obsoleta"
intervención humana en los procesos
productivos. - La existencia de brechas entre las riquezas entre las
naciones, reduce para unas la capacidad de
investigación, desarrollo e implementación de la
nanotecnología en todas las naciones del mundo.
Situación que excluye a las naciones con más
limitaciones, en cuanto a sus capacidades y riquezas, de la
posibilidad de asumir el costo y la obligación del
desarrollo las nuevas nanotecnologías, lo que limita su
desarrollo a una relación directamente proporcional con
su capacidad y recursos económicos.
En otros campos
- La convergencia de la nanotecnología con otras
disciplinas como la biología, las
tecnologías de la información y de la
comunicación y las ciencias cognitivas se
acompaña de numerosos desafíos éticos y
sociales, sobre todo cuando concierne la identidad
humana y la relación del ser humano con la naturaleza.
Estudios que hasta el día de hoy no se han hecho
concienzudamente, de manera que generen un conocimiento amplio
e integral en y por de la vida del ser humano y del medio que
lo rodea. - Las nanotecnología podrían contribuir a
optimizar ciertas características fisiológicas y
cognitivas del ser humano por medio de
tecnologías con aplicaciones y potencial para el
mejoramiento del desempeño humano. Este
proceso toca que indirectamente toca el punto de "mejoramiento
del ser humano"; situación que atenta contra la
diversidad racial y generan interrogantes éticos acerca
de ¿Quién decidirá que raza es la mejor?,
¿Qué pasara con quienes no poseen genes lo
suficientemente buenos para replicarlos?, son interrogantes que
parecen sacado de un película de ciencia
ficción, pero que por medio de la aplicación de
la nanotecnología están a la orden del día
de quienes tienen la capacidad de adquisición a dichas
tecnologías (p ej. La eugenesia).
Todos estos anteriores riesgos surgen
como resultado del análisis de las relaciones
sinérgicas que se establecen entre las
nanotecnología y los determinantes de la vida del ser
humano; siguiendo el principio de precaución se identifica
que en dichas relaciones existe una certeza incompleta, es decir,
se conoce y se establece un objetivo (causa) para una
tecnología nano determinada, pero no se tienen evidencias y
se desconoce de los repercusiones y daños (efecto) que se
podrían generar tanto directa como indirectamente sobre la
salud de las personas.
- Incertidumbre, principio precautorio e
implicaciones para la salud. El principio precautorio
surge como resultado de la evaluación de la capacidad
asimilativa, de los ecosistemas, del medio ambiente y del ser
humano para resistir y asimilar una
"actividad" en
particular introducida dentro de sus esquemas sociales,
culturales, ambientales y económicos y con la cual
deben entablar una nueva relación de
interacción constante bajo un marco de cambio y
renovación. Es entonces que surge el principio
precautorio como un instrumento que marca la
estructura
bajo la cual se deben acoger nuevos marcos legislativos, y
nuevas formas de asumir las novedosas y deslumbrantes
tecnologías nanoescalres por parte de la
sociedad.
En particular en el campo de la salud, considerablemente
sensible a los cambios y avances
tecnológicos globales, se debe asumir desde este campo
y bajo el principio de precaución los inminentes impactos
positivos y negativos, sobre los procesos ambientales,
biológicos, culturales, sociales y económicos que
deriven de las aplicaciones de las tecnologías
nanoescalares, en esencia buscando anticiparse al daño y
así proteger, promover y preservar la salud humana, el
medio ambiente y la cultura de las
sociedades.
A pesar de las numerosas formulaciones de este
principio, y de la falta de uniformidad de su aplicación,
tres elementos pueden ser distinguidos y evaluados con especial
precaución en todos los campos posibles de
aplicación de las tecnologías nanoescalares, y en
especial por el campo de la salud humana que se convierte, como
la puerta más accesible.
En particular en el campo de la salud debe
incluirse a la "amenaza de
daño" el análisis en el uso
de aplicaciones: por acción (uso innecesario,
dañino o no beneficioso), por omisión
(no aplicar la tecnología a usuarios que
podrían beneficiarse) o por mal uso (uso
indiscriminado y basado en incertidumbre).- Amenaza de daño. Aún
cuando no hay consenso en el nivel de daño que se
requiere para activar el principio precautorio, algunas
formulaciones de este principio requieren que el perjuicio
sea grave e irreversible; este requisito es usado en la
Declaración de Río. El Protocolo
de Cartagena, por otra parte, requiere
"daño inminente" y "efectos
negativos" para poder activar este
principio. Debido a la complejidad e incertidumbre sobre los
efectos de las tecnologías nanoescalares en la salud
humana, las aplicaciones de estas tecnologías son los
candidatos perfectos para la aplicación de este
principio. Las aplicaciones son altamente perniciosas hasta
que con estudios formales que demuestren absolutamente lo
contrario, es apremiante evaluar si con el uso de
nanoaplicaciones en una persona, se
pueda afectar la salud de varias, ya que como afirma Herrera:
posibles nanoresiduos puedan fácilmente propagarse
en el medio ambiente y así afectar la salud humana si
se consumen involuntariamente El daño potencial de
estos organismos, por ende, puede ser grave e
irreversible. - Incertidumbre. Incertidumbre se
refiere a situaciones en las cuales no existe evidencia
contundente sobre la seguridad o beneficios de las
aplicaciones nanoescalares. Aplicable a la gran
mayoría de aplicaciones gracias a la afanosa tendencia
de aplicación de tecnologías nanoescalares que
fácilmente saltan del laboratorio a las manos del
usuario. - Necesidad y deber de actuar. El
principio precautorio ha sido criticado por la falta de
pautas para su aplicación a nivel internacional,
aún cuando no existe consenso en cuanto a que medida
es aplicable a cada nanoactividad, la regulación
precautoria de las aplicaciones nanoescalares requiere que
los gobernantes y las sociedades actúen invirtiendo la
carga de la prueba a los proponentes de una actividad para
que demuestren que las aplicaciones no tendrán efectos
negativos sobre la salud humana o el medio
ambiente.
A continuación presentamos una descripción que muestra una clasificación informal
de algunas de las aplicaciones más notables en el
área del nanodiagnóstico (Véase
Gráfico N° 1).Figura N° 3. Clasificación de
los nanosistemas de diagnóstico
Dentro de este amplio margen se
incluyen:Imagen N° 5.
Representación Nanoshell
Adaptado de: Nature
Materials. Formación de un nanoshell en
interacción con anticuerpos. En:
Nanoscale photonics: Nanoshells: gifts
in a gold wrapper. Mark L. Brongersma. Nature
Materials 2, 296 – 297 (2003)Los nanoshells poseen la capacidad de
absorber o repartir rayos de luz a la longitud de onda deseada,
lo que les confiere una propiedad de luminiscencia
reactiva, que en determinado momento si la fuente
de luz persiste durante cierto tiempo,
induciría a los nanoshells a incrementar
su temperatura hasta valores suficientes como para
"destruir" células enfermas y/o generar
procesos acelerados de
escarificación/reconstrucción
tisular (Giraldo Gallo., et. al., 2007). Los
nanoshells poseen cualidades de nanoestructuras
ya que en sus superficies pueden ser acoplados
diferentes tipos de nanodispositivos, pero a su
vez y dependiendo del dispositivo acoplado a su
superficie asume la cualidad de biosensor al
poseer la capacidad de localizar e identificar
selectivamente sustancias, microorganismos y/o
células con determinadas
características y/o
propiedades.Como consecuencia, las
nanopartículas nanoshell, ofrecen
una plataforma tecnológica para una amplia
variedad de terapias diagnósticas, todas
ellas sujetas a la posibilidad de ligar a la
superficie metálica de una nanoshell,
moléculas receptoras especificas a una
sustancia u organismo prepatógeno en
particular.Las propiedades de las nanoshells son
aplicables en la localización,
reconocimiento y destrucción termal de
células cancerígenas
específicas y de angiogénesis
particulares en la proliferación tumoral,
utilizando un láser infrarrojo que penetra
los tejidos y sangre sin dificultad para generar
la reacción deseada en las
nanopartículas. Además los
nanoshells sugieren una posible aplicación
en la soldadura de tejidos con
pérdida de continuidad e integridad
tisular, por medio de un rápido cierre
"endoscópico" derivado de mecanismos de
escarificación por calor de heridas
quirúrgicas o graft arteriales. (Giraldo
Gallo., et. al., 2007).- Nanoshells. Son
nanopartículas que se conforman por una
delgada capa metálica generalmente de
oro, de unos 8 a 10
nanómetros que recubre una estructura
esférica de silicio de un diámetro
aproximado de unos 100 nanómetros."De acuerdo a la
investigación del Instituto
Politécnico de Rensselaer y la Universidad de Illinois han
conseguido ligar enzimas basadas en ADN en
nanotubos de carbono, logrando con esto producir
estructuras hibridas capaces de degradar
secuencias especificas de ARN, lo que se
convierte en otra herramienta terapéutica
para el tratamiento del cáncer ya que
permite bloquear la producción de proteínas necesarias para
conservar el
estado cancerigeno de la
célula." (Giraldo Gallo., et. al.,
2007)Los nanotubos de carbono también
pueden ser utilizados como nanobombas. Las
nanobombas son simplemente conglomeraciones de
nanotubos de carbono recubiertos de anticuerpos a
escala nanométrica, que una vez son
expuestos a la luz y al calor resultante, son
incapaces de disipar la energía
concentrada y se produce una especie de
explosión, como "…resultado de
la absorción de agua en los apilamientos
de nanotubos de carbono, el calentamiento del
agua dentro de éstos alcanza los 100°
C, al ser expuestos a un láser de 800nm
con intensidades en el rango de 50-200
mW/cm2…". Al encontrarse
confinada la energía térmica en los
nanotubos de carbono, se produce un incremento en
la presión del agua evaporada
causando su explosión; estas
explosiones de ser inducidas al interior de
células cancerosas podrían
contribuir con su destrucción selectiva,
de acuerdo a los resultados de las investigaciones de el grupo de científicos de la
Universidad de Delawere. Lograron recrear las
explosiones en soluciones que incluían
agua, fosfato y sal, lo que significa que las
nanobombas podrían usarse en el cuerpo
humano. Las nanobombas son muy selectivas, de
actuación muy específica, y
mínimamente invasivas y sin toxicidad
demostrada hasta el momento, aunque aún se
cuenta no se cuenta con suficiente
información las nanobombas derivadas de nanotubos de carbono
surgen como una gran promesa como dentro del
campo de los agentes terapéuticos para
eliminar células cancerosas, gracias a que
su "onda de
choque" las elimina y
además erradica las sendas
biológicas que transportan las
instrucciones para generar nuevas células
cancerosas adicionales, y a las
angiogénesis que nutren a las
células enfermas. - Nanotubos de carbono y C60.
Los nanotubos de carbono han demostrado capacidades
excepcionales de transporte y funcionalización
química que junto con la
respuesta ante la radiación óptica en la ventana de
700-1100nm, para la cual existe transparencia en
tejidos vivos, los convierte en excelentes agentes
para suministro selectivo de
fármacos. - Dendrímeros, como nanopuerto
de acopio. Los dendrímeros aparecen
como las estructuras con mayor potencialidad en las
aplicaciones biomédicas, puesto que se trata
de una nanoestructura que parte de una topología dendrítica
(Véase Imagen N° 6a) que es obtenida por
síntesis covalente de nanoestructuras.
Técnicamente los dendrímeros son
polímeros con un tamaño aproximado de
10nm, a su vez estos se encuentran conformados de
acuerdo con Giraldo Gallo, por:
- Nanoparticulas y
nanoestructuras. Las
nanopartículas y nanoestructuras hacen
referencia a estructuras individuales o a un
conglomerado de ellas donde una de sus dimensiones se
encuentra entre 1 y 100 nm.
- Nanosistemas de diagnóstico.
El objetivo de los nanosistemas de diagnóstico
es el identificar la aparición de una enfermedad en
sus primeros estadios a nivel celular o molecular e
idealmente al nivel de una sólo célula, mediante la
utilización de nanopartículas o
nanodispositivos (nanobiosensores, nanosensores de ADN,
nanolaboratorios*, etc.). Los nanosistemas de
diagnóstico se pueden aplicar in-vitro o
in-vivo, como afirma Lechuga: En aplicaciones
de diagnóstico in-vitro, los nanodispositivos
son capaces de detectar con sorprendente rapidez,
precisión y sensibilidad la presencia de
microorganismos patógenos, proliferaciones celulares
precancerosas y defectos en el ADN a partir de muestras de
fluidos corporales o de tejidos. En aplicaciones de
diagnóstico in-vivo, se pueden desarrollar
nanodispositivos biocompatibles que, por ejemplo, al ser
administrado en el cuerpo humano pueden efectuar unas
búsquedas selectivas para identificar estadios
iniciales de una enfermedad, identificar y cuantificar la
presencia de una determinada molécula o de células cancerígenas. (Lechuga,
2006).
- APLICACIONES BIOMÉDICAS DE LA
NANOTECNOLOGÍA "NANOTERAPÉUTICA".
- Un núcleo, que se puede asociar como el centro
de información molecular a partir del cual por
vía covalente se programa la
forma, tamaño, dirección y conexión de las otras
capas que van conformando el dendrímeros. - Una región de amplificación de la pila
de brazos que define el tipo y cantidad de espacio que puede
ser incluido por los grupos
terminales durante el crecimiento del dendrímeros el
cual involucra lo formación de número exponencial
de enlaces covalentes por cada paso. - Una superficie conformada por grupos terminales
capaces de cumplir múltiples funciones entre
ellas , las de tipo biomédico , tales como transferencia
de material genético, transporte y suministro de
fármacos, agentes antivirales y de contraste en MRI y
rayos
X.
Para diagnóstico y tratamiento de enfermedades
crónicas hasta hoy incurables como por ejemplo el
cáncer, los dendrímeros se proyectan como
plataformas robustas para la implementación de
dispositivos multifuncionales, acoplados en la superficie con
distintas funciones como identificación de células
cancerigenas, aplicación de fármacos, monitoreo
unicelular y agentes, todos estos dispositivos acoplados a una
sola nanopartículas (Véase Imagen N° 6b).
(Giraldo Gallo., et. al., 2007)
Imagen N° 6. Representación
Dendrímero. a) topología dendrítica. b)
Arquitectura molecular de un dendrímeros: esta conformado
por un núcleo, región de amplificación y una
superficie funcional de intercambio.
a.
b.
Adaptado de: GIRALDO GALLO, Jairo.
GONZÁLEZ, Edgar. GÓMEZ BAQUERO, Fernando.
NANOTECNOCIENCIA: Nociones preliminares sobre el universo
nanoscópico. Bogotá. UNIBIBLOS – Universidad
Nacional de Colombia. 2007.
p. 139.
- Nanobiosensores fotónico y
mecánicos. Los nanobiosensores, son
dispositivos capaces de detectar en tiempo real y con una
alta sensibilidad y selectividad agentes químicos y
biológicos. Un biosensor es un dispositivo compuesto
por dos elementos fundamentales: un receptor
biológico (p. ejemplo proteínas, ADN,
células) preparado para detectar
específicamente una sustancia y un transductor,
capaz de interpretar la reacción de reconocimiento
biológico que produce el receptor y traducirla en una
señal cuantificable (Lechuga, 2001).
El término "nanobiosensor" designa a
aquellos biosensores cuyas propiedades vienen moduladas por la
escala nanotecnológica con la que están fabricados.
Es de esperar que gracias a su tamaño los nanobiosensores
puedan ser fácilmente introducidos en el interior del
cuerpo humano, por lo que podrían proporcionar datos mucho
más fiables del estado de
salud de un paciente. Dentro de los desarrollos incrementales de
nanobiosensores se destacan (Lechuga, 2005):
- Los nanobiosensores fotónicos
- Los basados en nanopartículas de oro o
magnéticas - Los nanobiosensores tipo FET basados en nanotubos de
carbono - Los biosensores nanomecánicos tipo MEMS/NEMS,
que han surgido como reemplazo de los biochips de
ADN.
El Oak Ridge National Laboratory, desarrollo un
nanosensor óptico que permite la medida en el interior de
una única célula de su estado metabólico. El
nanosensor consiste en una fibra
óptica muy afilada (su extremo final tiene sólo
30-50 nm) lo que le permite penetrar a través de la
membrana celular sin causar ningún daño y sin
alterar el funcionamiento normal de la célula. La fibra
óptica se biofuncionaliza con anticuerpos
específicos antes de su introducción. Una vez dentro, la nanosonda
puede detectar especies químicas y señalizar
procesos moleculares en localizaciones específicas dentro
de la célula. La detección se realiza a
través de la interacción del campo evanescente de
la luz que circula por la fibra óptica con la
interacción biomolecular que tiene lugar con el
bioreceptor específico anclado en la superficie del
extremo final de la fibra. Con esta técnica se abre la
posibilidad de identificar cambios patológicos dentro de
una célula individual e incrementar nuestro conocimiento
sobre las funciones celulares in-vivo como la división
celular, la apoptosis, funcionamiento de las nanomáquinas
biológicas, etc.
Otro tipo de nanobiosensor en desarrollo son los
biosensores nanomecánicos, que emplean como sistema de
transducción la deflexión nanométrica de una
micropalanca o el desplazamiento de su frecuencia de resonancia
al interaccionar con el sistema biológico. Este tipo de
biosensores son conocidos como biosensores nanomecánicos
dado que el cambio en la posición y movimiento de
la micropalanca inducido por el reconocimiento molecular ocurre a
escala de unos pocos nanómetros. Entre estos dispositivos
se encuentran los denominados nanoalambres, que son
nanoestructuras en forma de filamento, recubierto de receptores
biológicos específicos a determinado tipo de
microorganismos y/o sustancias que al encontrarse inmerso en un
medio celular puede variar su conductividad eléctrica al
reconocer el agente de acuerdo al tipo de receptores en sus
superficie, cambios que pueden ser traducidos y amplificados
dando lugar a señales
de identificación de ciertas patologías, como el
cáncer. (Giraldo Gallo., et. al., 2007)
Existe además otro tipo de nanosensores en
proceso de construcción, los nanocantilevers,
dispositivos en forma de peine, en cuya superficie al igual
que los nanoalambres se fijan receptores, los cuales al
interactuar con determinada sustancias, microorganismo
y/o molécula experimentan una flexión que puede ser
traducida a una señal eléctrica útil para la
detección y reconocimiento en el diagnóstico
temprano de ciertas enfermedades.
- Puntos cuánticos. Los
puntos cuánticos consisten en dispositivos de baja
dimensionalidad así denominados porque su
tamaño nanométrico provoca un efecto de
confinamiento cuántico en su estructura lo cual los
obliga a emitir radiación con una frecuencia
dependiente entre otros aspectos del "grado de
confinamiento" a que hayan sido sometidos. Los puntos
cuánticos están fabricados de material
semiconductor "naloleds" y contienen sólo unos cientos
de átomos y cuando son excitados emiten luz en
diferentes longitudes de onda dependiendo de su
tamaño, por lo que son extremadamente útiles
como marcadores biológicos de la actividad celular,
gracias a que la emisión de fluorescencia de los
puntos cuánticos es tan intensa que es incluso posible
detectar una célula que contenga una única de
estas nanopartículas. (Lechuga, 2006). Para llegar a
este grado de funcionalidad, los puntos cuánticos
requieren de una cubierta externa (shell) que evita
que el núcleo sufra una disolución
espontánea, aunque esta coraza no participa en los
procesos ópticos cumple un papel esencial en el
mantenimiento del núcleo reactivo, al cual
también se le dota de una envoltura interna conformada
por ligandos orgánicos, ligados por enlaces covalentes
a la superficie externa (shell), y de una capa
exterior de polímeros, que garantiza la estabilidad en
los diferentes ambientes en donde se coloquen los puntos
cuánticos, además de permitir fijar a esta
superficie entidades moleculares que se requieren para un uso
especifico del dispositivo (anticuerpos, ácidos
nucleicos, etc.)
Los puntos cuánticos son hoy en día
comerciales y diversos grupos de investigación han
demostrado con éxito
su utilidad para la
localización de tumores en los primeros estadios, por lo
que se puede proceder a su extirpación inmediata. Para
conseguir esta localización hay que recubrir la superficie
del punto cuántico con moléculas biológicas
(bioreceptores) con afinidad hacia un compuesto
específico, (por ejemplo, cierta proteína ó
ciertas moléculas que se encuentran en mayor
proporción en la superficie de las células
cancerosas como los receptores de ácido fólico o la
hormona luteinizante) asociado con un tipo de cáncer en
particular. Cuando los puntos cuánticos se acercan a una
muestra que contiene dicha proteína, ambos se unen y se
podría detectar la interacción iluminando los
nanocristales con luz ultravioleta y observando su emisión
característica. Debido a la cantidad de colores en que
pueden emitir, los puntos cuánticos se pueden combinar
para detectar diversas sustancias, células tumorales,
antígenas, etc., de forma
simultánea. (Lechuga, 2006).
- Medicamentos y nanotecnología. La
administración de sustancias al
interior o exterior de un organismo humano, con el fin de
prevenir, curar o aliviar una enfermedad y corregir o reparar
las secuelas de ésta, se ha convertido en una de los
componentes fundamentales de las acciones del sector salud
(estructurado desde un paradigma biologisista).
Como respuesta a esto la nanotecnología apunta
sus aplicaciones a producir y mejorar tratamientos
farmacológicos especialmente eficaces para
combatir las afecciones y enfermedades
determinadas.
La nanotecnología ofrece sus opciones para
integrarse al campo de la industria farmacéutica, ya que
hace uso de su capacidad de operar en la misma escala en que los
procesos biológicos dan funcionalidad al organismo
humano.
Una molécula de ADN es de unos 2.5 nm de ancho
y la hemoglobina es de unos 5 nm de diámetro. Las
células humanas son mucho más grandes, en el
orden de las 10-20 micras en diámetro (10 mil a 20 mil
nanómetros, lo que significa que los materiales y
dispositivos nanoescalares pueden penetrar con facilidad en
casi todas las células sin activar respuesta de
inmunidad alguna.
Esta característica facilita las proposiciones de
la nanotecnología en cuanto al diseño
de partículas, materiales y dispositivos nanoescalares que
interactúen con los materiales biológicos en formas
más directas, eficientes e incluso más precisas al
momento de propender por un objetivo
farmacoterapéutico.
Adicionando a la característica de inactividad
inmunológica del cuerpo ante los sistemas
farmacéuticos nanoescalares, se debe tener en cuenta
también, que el nanométrico tamaño de estos
le atribuye la capacidad de acceder a regiones del organismo de
las personas (cerebro o las
células cancerigenas particulares) que han sido muy
difíciles de alcanzar con las actuales (tamaño
micrométrico) tecnologías
farmacológicas.
La terapéutica farmacológica actual se
pretende mejorar mediante la implementación de tres tipos
de estrategias que la nanotecnología propone; éstas
se relacionan entre ellas con en el fin compartido de aumentar la
eficacia de
los medicamentos:
- Incrementar la disponibilidad biológica de
los medicamentos: Cuando un compuesto farmacéutico
es formulado o reformulando como nanopartícula, aumenta
su nivel de disponibilidad biológica. Esto gracias a que
el cuerpo puede absorber un compuesto nanotecnologicamente
formulado más pronto y fácilmente; esta
particularidad se genera como resultado de la
interacción de dichos compuestos con el organismo en una
escala más cercana a la dimensión métrica
en la que ocurren los procesos biológicos. - Suministro de medicamentos nanoselectivos: Al
explorar, investigar y poder incidir sobre los mecanismos
biológicos a escala nanométrica, se pueden
comprender mejor y realizar acciones especificas para cada
parte del organismo que la necesite (Por ejemplo, tener acceso
directo a un tumor). Los medicamentos nanoselectivos, se
encargan de eso, por medio de la utilización de
nanoparticulas que inciden y reacciona sobre un tipo de
célula específica, logran desencadenar el efecto
deseado. Conociendo qué nanoparticula interactúa
con que tipo de receptor biológico determinado, se
podrían generar medicamentos cuya selectividad induzcan
a una acción exitosa del nanofarmaco sobre el
organismo. Con la reacción específica de los
medicamentos nanoselectivos se esperan que se reduzcan las
reacciones adversas, el tiempo en que las terapias
farmacológicas tienen su efecto deseado y logren influir
sobre el reto de la medicina personalizada. - Polímeros de medicamentos: Los cuales
medicamentos que son reforzados con nanopartículas que
forman uniones entre ambos materiales (entre medicamentos),
dichos polímetros son estructurados
nanométricamente entre los dos componentes del
medicamento final.
Como ejemplo del interés
que se presenta en el mapa de desarrollo farmacéutico
actual, países como europeos y EE.UU. han invertido
fuertes cantidades de dinero
investigación en nanotecnología para medicamentos,
en el caso de la Unión
Europea destinó para el periodo comprendido de 2003 al
2008 cerca de 233.5 millones de euros a proyectos
relacionados con nanomedicina, investigaciones donde se encuentra
los estudios que se adelantan en medicamentos modificados y/o
producidos nanotecnológicamente.
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