Nanotecnología: narobótica para el tratamiento del cáncer

Resumen

En la última década hemos vivido un gran
desarrollo de la tecnología microscópica y su
integración en la práctica clínica. Ahora
nos encontramos en la etapa en que las promesas y visiones
futuras de siglos anteriores se están empezando a plasmar
en una sólida realidad. Este artículo da un vistazo
a la medicina moderna y mira hacia el futuro. Robots con
cámara miniatura (microrobots) proporcionan una plataforma
de visualización móvil, mejorando la visión
de un cirujano. Nanorobots han surgido desde el mundo ficticio
para finalmente aplicarse a los tratamientos clínicos. A
medida que se desarrolla y se investiga la aplicación de
nanorobots se va focalizando su uso y aplicación de manera
precisa y confiable en el suministro de agentes de
diagnóstico y terapias. Estos nuevos robots tienen el
potencial de evolucionar aún más el arsenal
robótico para los cirujanos o para el tratamiento de
enfermedades como la diabetes, algunas lesiones físicas,
prevención y tratamiento del cáncer o simplemente
prevenir el envejecimiento.

Introducción

La nanotecnología consiste en la
ingeniería de estructuras moleculares precisas y
máquinas moleculares, la nanomedicina es la
aplicación de la nanotecnología a la medicina,
incluyendo el desarrollo de nanorobótica médica. Ya
existen diseños teóricos para nanomaquinaria tales
como rodamientos, engranajes, motores, bombas, sensores,
manipuladores y los ordenadores incluso moleculares. [1]
[2]

Los nanorobots médicos pueden proporcionar
tratamientos dirigidos a los distintos órganos, tejidos,
células e incluso componentes intracelulares, y pueden
intervenir en los procesos biológicos a nivel molecular
bajo la supervisión directa del médico.
Dispositivos robóticos a escala micrométrica
programables harán posibles curas integrales para la
enfermedad humana, la reversión de un trauma
físico, y la reparación de células
individuales. [3] [4] [7] [9]

El desarrollo progresivo hacia el uso terapéutico
de nanorobots debe observarse como el resultado natural de
algunos de los logros actuales y futuros en la
instrumentación biomédica , la comunicación
inalámbrica , la transmisión de energía a
distancia , la nanoelectrónica , los nuevos materiales de
ingeniería , la química, la proteómica y la
fotónica .Un enfoque computacional con la
aplicación de nanorobótica, los médicos
simulan el control de la diabetes usando datos clínicos ,
esta simulación integrada puede proporcionar herramientas
interactivas para abordar opciones Nanorobot sobre
detección, especificación de diseño de
hardware, análisis de fabricación , y la
metodología para la investigación de control. En la
propuesta de creación de prototipos 3D, el médico
puede ayudar al paciente a evitar la hiperglucemia por medio de
un dispositivo portátil, como un teléfono celular,
que se utiliza como un dispositivo portátil inteligente
para comunicarse con los nanorobots. Por lo tanto, esta
arquitectura ofrece una opción apta para establecer una
plataforma práctica nanorobótica médica para
vigilancia de la salud en vivo. [3] [5] [7] [9]

Desarrollo

La
Nanorobótica aplicada a la medicina

Herramientas y técnicas basadas en la
nanotecnología se están convirtiendo
rápidamente en el campo de la imagen médica y la
aplicación en fármacos. El empleo de construcciones
tales como dendrímeros, liposomas, nanocápsulas,
nanotubos, emulsiones, etc. Estos avances conducen hacia el
concepto de la medicina personalizada para un temprano
diagnóstico, junto con la terapia que resultaría
muy eficaz. Destacando las aplicaciones disponibles
clínicamente, esta revisión explora las
oportunidades y problemas que rodean la nanomedicina. [1] [6]
[10]

La respuesta de los organismos de acogida (incluyendo
las proteína y componentes a nivel celular) a los
nanomateriales es diferente que la observada a los materiales
convencionales. Los nanomateriales son aquellos materiales que
poseen constituyentes de menos de 100 nm en al menos una
dirección. Esta revisión se introducirán
primero el uso de nanomateriales en una variedad de aplicaciones
de implantes destacando su promesa hacia la regeneración
de tejidos. Tales estudios revisados ??se hará
hincapié en las interacciones de los nanomateriales con
diversas proteínas y posteriormente las células.
Por otra parte, tales avances en el uso de nanomateriales como
nuevos implantes han sido en gran medida, hasta la fecha,
determinado por métodos convencionales. Sin embargo, las
relaciones entre estructura y propiedades únicas para
nuevos materiales nanométricos residen en la nanoescala.
Es decir, la novedad de un nanomaterial sólo puede ser
apreciado por la caracterización de su interacción
con los sistemas biológicos (como las proteínas)
con herramientas de análisis de resolución de
escala nanométrica . Esta caracterización de los
nanomateriales en la nanoescala es fundamental para la
comprensión y, por lo tanto, seguir promoviendo un mayor
crecimiento de los tejidos sobre los nanomateriales. Por esta
razón, si bien se necesitan más herramientas para
este campo emergente, esta revisión también
cubrirá técnicas actualmente disponibles de
caracterización de superficies que hacen hincapié
en la resolución nanométrica pertinente para la
caracterización de las interacciones biológicas con
los nanomateriales. Sólo a través de la
coordinación de las herramientas de análisis de
nanoescala con los estudios que ponen de relieve los mecanismos
de aumento en el crecimiento del tejido en nanomateriales
podremos diseñar mejores materiales de implante. [2] [3]
[5] [9] [10]

Nanomateriales y
nanodispositivos

Los nanomateriales son materiales que se caracterizan
por un tamaño ultra grano fino (<50 nm) o por una
dimensionalidad limitado a 50 nm. Los nanomateriales se pueden
crear en diversas dimensiones: cero (atómica
cúmulos, filamentos y asambleas de racimo), uno
(multicapas), dos (de grano ultrafino-sobrecapas o capas
enterradas), y tres (nanophase materiales que consisten en igual
tamaño nanométrico). [8] [12]

Los nanomateriales que consiste en cristalitos o granos
de tamaño nanométrico pueden ser clasificados de
acuerdo con su composición química y la forma, como
se mencionó anteriormente. De acuerdo con la forma de los
cristalitos o granos podemos clasificar en términos
generales los nanomateriales en cuatro categorías:
[11]

1. clusters o polvos (MD = 0)

2. Multicapas (MD = 1)

3. overyaers ultrafinas grano pequeño, y capas
enterradas (en el que el espesor de la capa o los
caña-diámetros <50 nm) (MD = 2)

4. nanomateriales compuestos por igual tamaño
nanométrico (MD=3).

Todos estos se pueden apreciar en la figura 1. [10]
[13]

Figura 1. Esquema de clasificación
de los nanomateriales en función de su composición
química la dimensionalidad (forma) de los cristalitos
(elementos estructurales) que forman el nanomaterial.

Nanodispositivos

Nanoporos

Un nanodispositivo interesante es la nanopore. Mejora
los métodos de lectura del código genético
ayudará a los investigadores a detectar errores en los
genes que pueden contribuir al cáncer. Los
científicos creen que los nanoporos, pequeños
agujeros que permiten que el ADN pase a través de una de
las cadenas a la vez, harán que la secuenciación de
ADN más eficiente. Como el ADN pasa a través de un
nanopore, los científicos pueden controlar la forma y las
propiedades eléctricas de cada base, o una carta, en la
hebra. Debido a estas propiedades son únicas para cada una
de las cuatro bases que componen el código
genético, los científicos pueden utilizar el paso
de ADN a través de un nanoporo de descifrar la
información codificada, incluyendo los errores en el
código conocido asociado con el cáncer. Ver figura
2[14][15]

Figura 2. Nanoporo, estructura,
medida.[22]

Nanotubos – Las mutaciones de
marcado

Nanodispositivo que ayudará a identificar los
cambios en el ADN asociadas con el cáncer es el nanotubo.
Los nanotubos son varillas de carbono alrededor de la mitad del
diámetro de una molécula de ADN que no sólo
puede detectar la presencia de genes alterados, pero pueden
ayudar a los investigadores determinar la ubicación exacta
de dichos cambios. [16] [17]

Para preparar ADN para el análisis de nanotubos,
los científicos deben unir una molécula de
voluminoso para regiones del ADN que están asociados con
el cáncer. Pueden diseñar etiquetas que buscan
mutaciones específicas en el ADN y se unen a ellos. Ver
figura 3. [15] [16] [17]

Figura 3. Nanotubo, estructura,
medida.[22]

Una vez que la mutación ha sido
etiquetado, los investigadores usan una punta de nanotubo se
asemeja a la aguja en un tocadiscos para trazar la forma
física de ADN e identificar las regiones mutadas. El
nanotubo crea un mapa que muestra la forma de la molécula
de ADN, incluyendo las etiquetas que identifican mutaciones
importantes. Desde la ubicación de las mutaciones puede
influir en los efectos que tienen sobre una célula, estas
técnicas serán importantes en la predicción
de la enfermedad. Ver figura 4.[16] [17] [18]

Figura 4. Nanotubo, identificando
regiones mutadas.[22]

Quantum Dots

Molécula minúscula que se utilizará
para detectar el cáncer es un punto cuántico. Los
puntos cuánticos son pequeños cristales que brillan
cuando son estimulados por la luz ultravioleta. La longitud de
onda, o color, de la luz depende del tamaño del cristal.
Perlas de látex llenos de estos cristales se pueden
diseñar para unirse a secuencias específicas de
ADN. Mediante la combinación de diferentes puntos
cuánticos de tamaño dentro de un solo
cordón, los científicos pueden crear sondas que
emiten distintos colores e intensidades de luz. Cuando los
cristales son estimulados por la luz UV, cada perla emite luz que
sirve como una especie de código de barras espectral, la
identificación de una región particular del ADN.
Ver figura 5[17] [19] [20]

Figura 5. Quantum dots, estructura,
medida.[22]

Para detectar el cáncer, los científicos
pueden diseñar los puntos cuánticos que se unen a
secuencias de ADN que están asociados con la enfermedad.
Cuando los puntos cuánticos se estimulan con luz, emiten
sus códigos de barras únicos, o etiquetas, por lo
que los críticos, las secuencias de ADN asociadas con el
cáncer visible. [16] [18] [21]

La diversidad de los puntos cuánticos
permitirá a los científicos crear muchas etiquetas
únicas, que pueden identificar numerosas regiones de ADN
simultáneamente. Esto será importante en la
detección de cáncer, que resulta de la
acumulación de muchos cambios diferentes dentro de una
célula. Otra ventaja de los puntos cuánticos es que
pueden ser utilizados en el cuerpo, eliminando la necesidad de la
biopsia. Ver figura 6. [20] [21]

Figura 6. Quantum dots identificando
agentes cancerígenos.[22]

Mejorar el Tratamiento de
Cáncer

La nanotecnología también puede ser
útil para el desarrollo de formas de erradicar las
células cancerosas sin dañar las células
sanas, vecinos. Los científicos esperan poder utilizar la
nanotecnología para crear agentes terapéuticos que
se dirigen a células específicas y entregan su
toxina en una forma de liberación gradual controlada. Ver
figura 7. [19] [20] [21]

Figura 7. Quantum dots usados en el
tratamiento del cáncer.[22]

Nanosferas

Nanosferas son perlas minúsculas recubiertas de
oro. Mediante la manipulación del espesor de las capas que
componen las nanocápsulas, los científicos pueden
diseñar estas perlas para absorber longitudes de onda
específicas de la luz. Las nanocápsulas más
útiles son los que absorben la luz en el infrarrojo
cercano, que puede penetrar fácilmente en varios
centímetros de tejido humano. La absorción de la
luz por las nanocápsulas crea un intenso calor que es
letal para las células. Ver figura 8 [17] [20]
[21]

Figura 8. Nanoesferas, estructura,
medida. [22]

Los investigadores ya pueden vincular
nanocápsulas a los anticuerpos que reconocen las
células cancerosas. Los científicos prevén
dejar que estas nanocápsulas buscan sus blancos
cancerosos, a continuación, aplicar la luz en el
infrarrojo cercano. En cultivos de laboratorio, el calor generado
por las nanocápsulas de absorción de luz ha matado
con éxito las células tumorales, mientras que deja
las células vecinas intacta. Ver figura 9. [18] [19]
[20]

Figura 9. Nanoesferas usadas en el
tratamiento del cancer.[22]

Los investigadores apuntan finalmente a crear
nanodispositivos que hacen mucho más que ofrecer
tratamiento. El objetivo es crear un único nanodevice que
hacer muchas cosas: ayudar en la formación de
imágenes en el interior del cuerpo, reconocer las
células precancerosas o cancerosas, liberar un
fármaco que se dirige sólo a las células, y
que informe sobre la eficacia del tratamiento. Ver figura 10.
[17] [18] [19]

Figura 10. Nanodispositivos usados en la
detección, diagnóstico y tratamiento del
cáncer.[22]

Los dendrímeros

Se están realizando investigaciones sobre una
serie de nanopartículas creadas para facilitar la
administración de fármacos. Una de tales
moléculas con potencial de vincular el tratamiento con la
detección y el diagnóstico se conoce como un
dendrímero. Los dendrímeros son moléculas
artificiales sobre el tamaño de una proteína media,
y tienen una forma de ramificación. Esta forma les da gran
cantidad de superficie a la que los científicos pueden
adjuntar agentes terapéuticos u otras moléculas
biológicamente activas. Los investigadores apuntan
finalmente a crear nanodispositivos que hacen mucho más
que ofrecer tratamiento. Ver figura 11. [19] [20] [21]

Figura 11. Dentrimeros, estructura,
medida. [22]

Un único dendrímero puede llevar a una
molécula que reconoce las células de cáncer,
un agente terapéutico para matar a las células, y
una molécula que reconoce las señales de muerte
celular. Los investigadores esperan poder manipular
dendrímeros para liberar su contenido sólo en la
presencia de ciertas moléculas desencadenantes
relacionados con el cáncer. Después de la
liberación del fármaco, los dendrímeros
también pueden informar si están matando con
éxito sus objetivos. Ver figura 12. [17] [18]

Figura 12. Dentrimeros usados en el
tratamiento del cancer.[22]

Nanotecnologías en Atención al
Paciente

Nanotecnologías que ayudarán en el
tratamiento del cáncer se encuentran en distintas etapas
de descubrimiento y desarrollo. Los expertos creen que los puntos
cuánticos, nanoporos, y otros dispositivos para la
detección y el diagnóstico pueden estar disponibles
para su uso clínico en 5 a 15 años. Se espera que
los agentes terapéuticos para estar disponible en un plazo
similar. Los dispositivos que integran la detección y la
terapia podrían utilizarse clínicamente en unos 15
o 20 años. Ver figura 13.[19] [20] [21]

Figura 13. Nanotecnología usada en
el tratamiento del cáncer.

Conclusiones

Una mejor comprensión de la influencia del
tamaño de los bloques de construcción de
nanomateriales estructurados, así como la influencia de la
microestructura en las propiedades físicas, propiedades
químicas y mecánicas de este material. Una mejor
comprensión de la influencia de las interfaces de las
propiedades de material nanoestructurado. Deben ser tomados en
cuenta para la aplicación y construcción ya se de
nanoparticulas o nano materiales, para su posible
aplicación al tratamiento de cáncer u otra
enfermedad. Se debe desarrollar conceptos para los materiales
nanoestructurados y en particular su
elaboración.

La transferencia de tecnologías desarrolladas en
las aplicaciones industriales, incluyendo la desarrollo de la
escala industrial de los métodos de síntesis de
nanomateriales y

sistemas nanoestructurados.

Es un enorme paso que ha dado la tecnología en el
desarrollo de partículas muy pequeñas para el
tratamiento del cáncer, siendo muy beneficioso ya que si
se siguen desarrollando y mejorando los nanomateriales, el
tratamiento será directo y no afectaría otros
órganos y sistemas del organismo ya sea por su
tamaño entre otras peculiaridades la nanomedicina
cambiaria el concepto de tratamiento.

Referencias

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• [22] www.cancer.gov

Autor:

Pinguil Sánchez Diego
Alejandro

Universidad Politécnica Salesiana –
Ingeniería Electrónica – Electrónica
Analógica II

Cuenca – Ecuador