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Nanotecnología en salud (página 5)




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Capítulo III. NANOTECNOLOGÍA, SER HUMANO Y SALUD. Avances y aplicaciones científico-tecnológicos en el campo de salud y vida humana.

  1. 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:

  1. Medios, técnicas y sistemas de nanodiagnóstico
  2. Nanodispositivos multifuncionales capaces de evitar las barreras biológicas para transportar múltiples agentes terapéuticos
  3. Medicina regenerativa e ingeniería de tejidos

Categorías que se desarrollarán más adelante en este apartado.

  1. "[…] Nadie está seguro de cómo poder distinguir entre los nanoproductos benignos y los peligrosos […]."

    FUNDACIÓN HEINRICH BÖLL. ETC GROUP

    La 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.

    1. 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:
  2. 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.
  1. 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.

  1. 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.

  1. 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).

  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
    1. 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

      1. Dentro de este amplio margen se incluyen:

        1. 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).

        2. 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.

        3. 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.
        4. 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:
      2. 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.
    2. 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).
  1. 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.

  1. 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.

  1. 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).

  1. 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:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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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