RESUMEN
El desarrollo de la bioingeniería a permitido
una mejor relación entre la ingeniería y la
ciencias biológicas, ha sido un paso muy grande que ha
permitido el desarrollo de un sin número de soluciones a
problemas biológicos del ser humano y en general de los
seres vivos, el presente estudio del arte se centra en el
desarrollo de la nanotecnología en la
actualidad.
La nanotecnología es un nuevo mundo que
está en pleno desarrollo, la nanotecnología puede
ser aplicable en muchos diferentes campos, en este caso nos
centraremos en la aplicación o desarrollo de la
nanotecnología en la medicina, pudiendo darnos cuenta que
muchos de estos estudios permitirán mejorar la vida del
ser humano en general partiendo del desarrollo tecnológico
y las ciencias químicas con el fin de encontrar cura para
muchas enfermedades.
ABSTRACT
The development of the bioingeniería had
allowed a better relationship between the engineering and the
biological sciences, it has been a very big step that has allowed
the development of a without number of solutions to the human
being's biological problems and in general of the alive beings,
the present study of the art is centered at the present time in
the development of the nanotecnología.
The nanotechnology is a new world that this in the
middle of development, the nanotechnology can be applicable in
many different fields, in this case will center ourselves in the
application or development of the nanotechnology in the medicine,
being able to realize that many of these studies will allow to
improve the human being's life in general leaving of the
technological development and the chemical sciences with the
purpose of finding cure for many illnesses.
DESARROLLO
La IEEE define la Bioingeniería como "la ciencia
que estudia y busca la aplicación de principios y
métodos de las ciencias exactas, en general, y de la
ingeniería, en particular, a la solución de
problemas de las ciencias biológicas y médicas". Es
decir, la
Bioingeniería estudia el comportamiento normal de
los diferentes sistemas que conforman el cuerpo
humano.[18][19][26]
La nanotecnología consiste en un campo de la
aplicación de las ciencias en las cuales se trabaja con
partes muy pequeñas, específicamente se trabaja con
la mil millonésima parte de algo llegando a tener una
medida a nivel de átomos y moléculas de la cual
parte la palabra "nano" que nos permite identificar o generar una
idea del tamaño de dichas partes que son invisibles al ojo
humano, el tamaño de las partículas, dispositivos o
como se les quiera llamar a dimensiones manométricas (mil
millonésima parte de un metro) permiten trabajar con
cualquier tipo de células sin causar ningún tipo de
daño.[19][26]
También se puede decir que la
nanotecnología es el arte de manipular la materia,
átomo por átomo. Un nanómetro (nm) es
definido como una milmillonésima del metro. Téngase
en cuenta que 10.000 nm es el diámetro de un eritrocito,
1.000 nm el de una bacteria, 100 nm el de un virus, 5–50 nm
el de una proteína, 2 nm el del ADN y 0,1 nm el de un
átomo [1] [2] [7].
En la figura 1 se puede observar la estructura de un
nano_objeto en comparación a un micro_objeto.
Figura 1 descripcion de un micro objeto [21]
La nanotecnología se define en general como "la
investigación y tecnología del desarrollo
atómico, molecular y macromolecular en la escala de
aproximadamente 1 a 100 nanómetros. Empleando en el
ámbito de la medicina máquinas moleculares como
nano_bots, sondas, sensores y otros avances para tratar problemas
médicos [2].
El desarrollo de la nanotecnología y la
aplicación de la misma es lo central en las diferentes
áreas de las ciencias permitiendo mejorar las propiedades
de los materiales, desarrollar dispositivos sumamente
pequeños como los antes indicados que nos permitan ahorrar
energía, combatir algunas enfermedades relacionadas con el
cáncer, entre otras tantas cosas más.
La nanotecnología hoy en día es un campo
de interés general para todos nosotros debido a que es una
rama de la ciencia en general que se puede aplicar en varios y
diferentes campos y que está en desarrollo, es nuestra
obligación como futuros profesionales especializados en
cada una de nuestras áreas continuar con el desarrollo de
la nanotecnología y buscar nuevas aplicaciones que siempre
estén en favor del desarrollo del ser humano.
Con la aplicación de la nanotecnología en
la medicina se busca el poder detectar células que
podrían volverse cancerígenas, se pretende dar un
diagnostico anticipado a cualquier paciente con riesgo de la
aparición del cáncer a futuro, permitiendo
así brindarle un tratamiento preventivo a dicha
enfermedad.
La aplicación de la nanotecnología en la
medicina con el empleo de los nano_transistores de efecto de
campo o nanoFETs que están siendo desarrollados, da la
esperanza de encontrar la cura a muchas enfermedades que hoy en
día son sinónimo de riesgo y en muchos casos de
muerte.
Los micro y nano dispositivos han hecho avanzar el campo
gracias a su habilidad para llevar a cabo análisis de alto
rendimiento en formato chip.[3]Estos dispositivos
fluídicos son capaces de incrementar el número de
muestras procesadas y reducir el tiempo requerido para realizar
un análisis con una alta sensibilidad y resolución.
Además, un instrumento crítico de reconocimiento
molecular, el espectrómetro de masa, puede ser integrado
en un sistema de sepa-ración basado en un chip
microfluídico [4] [7].
La nanotecnología ha proporcionado medios para
diseñar sistemas de liberación de fármacos
que pueden transportar sustancias químicas más
efectivamente y mejorar la liberación del fármaco
al objetivo elegido. Los sistemas de liberación pueden ser
desarrollados utilizando nano estructuras. Además,
nano_estructuras inorgánicas hechas de silicona,
nano_partículas metálicas y nano_armazones, y
nano_cristales
Las ventajas de estos nano_sistemas son la
disponibilidad de una gran área de superficie y la
posibilidad de diseñar nano_sistemas multifuncionales. Por
ejemplo, las nano_partículas magnéticas son
multifuncionales en el sentido de que pueden ser utilizadas como
sistemas de diagnóstico al igual que como sistemas de
liberación de fármacos dirigidos. Una atractiva
aproximación para el diagnóstico, la imagen y el
tratamiento consiste en funcionalizar la superficie de las
nano_partículas magnéticas y dirigirlas a un tejido
específico con la ayuda de un campo magnético de
alto gradiente y, entonces, utilizar un pulso de radiofrecuencia
para liberar las drogas contenidas en ellas. Asimismo, las
nano_partículas magnéticas pueden ser utilizadas
como tratamientos hipotérmicos dirigiéndolos a
tejidos cancerosos sensibles al calor y entonces destruir el
tejido canceroso mediante la aplicación de un campo
magnético AC para calentar las nano_partículas
magnéticas [5].
"La relación entre medicina y
nanotecnología se está convirtiendo en una
solución para el cáncer. El combate de la
enfermedad a escala molecular permite detectar precozmente la
enfermedad, identificar y atacar de forma más
específica a las células cancerígenas. Por
lo cual el Instituto Nacional del Cáncer de Estados Unidos
(NCI) ha puesto en marcha la "Alianza para la
nanotecnología en el cáncer", un plan que
incluye el desarrollo y creación de instrumentos en
miniatura para la detección precoz. En la
administración de medicamentos, las nuevas técnicas
son ya un hecho. "Los nano_sistemas de liberación de
fármacos actúan como transportadores de
fármacos a través del organismo, aportando a estos
una mayor estabilidad frente a la degradación, y
facilitando su difusión a través de las barreras
biológicas y, por lo tanto el acceso a las células
diana", [4] María José Alonso, investigadora
de la Universidad de Santiago de Compostela, que trabaja en el
desarrollo de la nanotecnología aplicada a la medicina
desde 1987. En el tratamiento del cáncer, asegura,
"estos nano sistemas facilitan el acceso a las células
tumorales y reducen la acumulación del fármaco en
las células sanas y, por tanto, reducen los efectos
tóxicos de los antitumorales".[7] Desde Estados
Unidos, el nano_tecnológo James Baker ha desarrollado otra
alternativa basada en unas moléculas artificiales
conocidas como dendrímeros. Se trata de estructuras
tridimensionales ramificadas que pueden diseñarse a escala
nano_métrica con extraordinaria
precisión.
Los dendrímeros cuentan con varios extremos
libres, en los que se pueden acoplar y ser transportadas
moléculas de distinta naturaleza, desde agentes
terapéuticos hasta moléculas fluorescentes. En su
estudio, Baker aplicó una poderosa medicina contra el
cáncer, metotrexato, a algunas ramas del
dendrímero. En otras, incorporó agentes
fluorescentes, así como ácido fólico o
folato, una vitamina necesaria para el funcionamiento celular.
"Es como un caballo de Troya. Las moléculas del folato en
la nano_partícula se aferran a los receptores de las
membranas celulares y éstas piensan que están
recibiendo la vitamina. Al permitir que el folato traspase la
membrana, la célula también recibe el
fármaco que la envenena". Las enfermedades infecciosas son
otro de los grandes objetivos de la medicina actual. Se encuentra
en nano_partículas que permiten administrar, en forma de
simples gotas nasales, algunas vacunas que hasta ahora
debían inyectarse. Su eficacia ha sido demostrada, hasta
el momento, para las vacunas anti-tetánica y
anti-diftérica. La diabetes es otro objetivo de la
nanotecnología. Las nano_partículas desarrolladas
por María José Alonso, investigadora de la
Universidad de Santiago de Compostela, y su equipo están
siendo utilizadas en experimentos en la clínica para
estudiar su uso como vehículos para administrar insulina
por vía oral, nasal o pulmonar. Por su parte, la doctora
Tejal Desai, profesora de bioingeniería en Boston, ha
creado un dispositivo que puede ser inyectado en el torrente
sanguíneo y actuar como páncreas artificial,
liberando insulina. La técnica desarrollada por esta
investigadora consiste en encapsular células que producen
la insulina en contenedores con paredes con nano_poros, que por
su tamaño sólo pueden ser atravesados por
moléculas como el oxígeno, la glucosa o la
insulina. De esta forma, las paredes de la cápsula impiden
que estas células productoras de insulina sean reconocidas
como extrañas por los anticuerpos, mientras que los poros
permiten la liberación de la insulina y la entrada de
nutrientes, como azúcares y nutrientes. La innovadora
técnica tiene potencial para la cura de otras enfermedades
tales como la enfermedad de Parkinson, por medio de la
liberación de dopamina en el cerebro, o el Alzheimer"
[9][17][24][25].
En la figura 2 se puede observar nano_particulas
transportando fármacos a las células
dianas
Figura2 nano_particulas
transportadoras[19]
Las aplicaciones futuras en la cuales se ve mayor
adaptación de la nanotecnología son la
producción agrícola, procesamiento de alimentos,
tratamiento y depuración de aguas, monitorización
de la salud, diagnóstico de enfermedades, sistemas de
administración de fármacos, remediación de
la contaminación atmosférica, detección y
control de plagas, control de desnutrición en lugares
pobres, construcción, almacenamiento, producción y
conversión de energía, informática,
armamento y sistemas de defensa, entre muchas áreas mas
que están en proceso de investigación
[2][7][8].
En la figura 3 se puede observar un esquema grafico de
la liberación de fármacos con
nanosistemas
Figura 3 liberación de fármacos
[21]
También se busca aplicarla en la medicina humana
con la elaboración de pequeños sensores capaces de
detectar la existencia anticipada de células
cancerígenas o de enfermedades como el SIDA a partir de
nuestra sangre o un poco de saliva, facilitando la
aplicación de tratamientos más efectivos.
[8][9][24]
Los Nanotubos de carbono han sido utilizados para
transportar moléculas que bloquean el VIH dentro de
células humanas. Aunque este procesoes un proceso que
está en estudio, el descubrimiento podría conducir
a nuevos tratamientos contra el virus [10].
También se encuentran en estudio la
obtención de biomateriales, resultantes de aleaciones de
Ni-Ti con miras a ser usados en todo lo que se relaciona al
sistema óseo, permitiendo corregir lesiones producidas en
la columna vertebral o incluso para un uso más
básico como las prótesis en todo lo relacionado a
la odontología.[8][11]
Pero así como existen beneficios y áreas
de aplicación abundantes también el empleo de la
nanotecnología puede producir diferentes riesgos como es
el caso de la toxicidad debido a las nuevas clases de nano
sustancias que podrían afectar al buen desempeño de
las células y que podríandesestabilizar el
desempeño del sistema inmunológico [8].
Uno de los riesgos más potentes o al que se debe
temer es el empleo de la nanotecnología en el desarrollo
de armas biológicas por parte de los militares, capaces de
tener un fuerte efecto sobre los seres vivos en general, lo cual
nos llevaría a la auto destrucción. La
electrónica molecular podría ser empleada para
desarrollar materiales mejorados para construcción de
armas, reducción en el tamaño de los equipos de
espionaje que podrían volverse indetectables
[8].
Los sistemas empleados en la nano_medicina incluso con
su capacidad de imitar el tamaño y función de los
sistemas moleculares y celulares, en la mayoría de los
casos se desconoce la reacción del cuerpo humano a los
mismos, ya que los materiales construidos a escalas
manométricas tienen propiedades físicas,
químicas y biológicas diferentes a los de los
mismos compuestos a escalas normales. [12],[13],[16] Por ejemplo:
una partícula de 30 nm tiene un 5% de átomos en la
superficie, porcentaje que aumenta al 20% en una de 10 nm y al
50% en una de 3 nm.[17][16], lo cual podría producir
afecciones alas diferentes membranas celulares o incluso
podría afectar al ADN. [12][13][14][15][16].
En la actualidad esta área de la
bioingeniería está en pleno desarrollo con mayor
fuerza debido a que dentro del estudio de este tipo de
aplicaciones antes descritas se pudo encontrar un sin
número de aplicaciones para este nuevo tipo de
tecnología que en el futuro y al ritmo en el que se
desarrolla presentara muy buenos resultados con el fin de mejorar
la calidad de vida del ser humano.
CONCLUSIÓN
La bioingeniería es un campo muy amplio de la
ciencia la cual abarca una gran cantidad de áreas muy
importantes cada una las cuales buscan mejorar la calidad de vida
de cada ser vivo en general, como lo he dicho antes el desarrollo
de este campo que combina diferentes ciencias denominado
bioingeniería es un gran avance en todo tipo de
áreas tanto en la medica como en la
electrónica.
La nanotecnología es un campo de desarrollo a
través de las cuales se buscan soluciones a las
necesidades del ser humano, dicha solución tardara en
llegar debido a los diferentes procesos que conlleva el
desarrollo de las nuevas tecnologías, la
nanotecnología puede aplicarse un muchos diferentes campos
y en cada uno de ellos facilita el desarrollo de nuevas
soluciones a los diferentes problemas de hoy en día como
es el caso de desarrollo de pequeños transistores de
efecto de campo que están en las escalas de los
nanómetros los cuales permiten el monitoreo de las
células, el desarrollo de pequeños dispositivos
capaces de suministrar fármacos directamente en las
células dañadas si afectar a otra y en la medida y
tiempo adecuado, también se están desarrollando
células con las cuales se puede mejorar la
producción de alimentos sin que estos afecten la salud del
ser humano y mediante las cuales se pueda reducir el uso de los
diferentes tipos de químico, en si la
nanotecnología en cualquier área en l al cual sea
aplicada nos beneficia, pero hay que tomar en cuenta que en todo
existen riesgos y el empleo de esta nueva tecnología no es
la acepción y antes de aplicarla a todos se deben realizar
pruebas y mejoramientos de los modelos ya propuestos y
existentes.
REFERENCIAS
[1] Cintas Izarra1 LM. 2006.
Nanotecnología: la revolución industrial del siglo
XXI .Online:
http://weblogs.madri-masd.org/alimentacion/archive/2009/03/29/37553.aspx.
[2]Feneque J. 2003. Brief introduction to the
veterinary appli-cations of nanotechnology .Nanotechnology Now.
On line: http://www.nanotech–now.com/
Jose–Feneque/Veteri–
nary–Applications–Nanotechnology.htm.
[3]Tudos AJ, Besselink GJ, Schasfoort RB. Trends
in minia-turized total analysis systems for point-of-care testing
in clinical chemistry. Lab Chip 2001; 1: 83-95.
[4]Figeys D, Lock C, Taylor L, Aebersold R.
Microfabricated device coupled with an electrospray ionization
quadrupo-le time-of-flight mass spectrometer: protein
identifications based on enhanced-resolution mass spectrometry
and tan-dem mass spectrometry data. Rapid Commun Mass Spec-trom
1998; 12: 1435-1444.
[5]Ferrari M. Cancer nanotechnology:
opportunities and challenges. Nat Rev Cancer 2005; 5:
161-171.
[6]Betley TA., Hessler JA., Mecke, A., et al.
Tapping Mode Atomic Force Microscopy Investigation of
Poly(amidoamine) Core-Shell Tecto (dendrimers) usig carbon
nanoprobes: Langmuir 2002:18, 3127-3133.
[7] J A Coppo. Nanotecnología, medicina
veterinaria y producción agropecuaria.Cátedra de
Fisiología, Facultad de Ciencias Veterinarias,
UNNE.
[8]Waldner JB. 2008. Nanocomputers and swarm
intelligen-ce , Wiley & Sons, London, p.172.
[9] Lerner B, Pérez M. 2009.
Nanotecnología: en Argentina se desarrolla un detector
temprano de cáncer . Diario Hoy (La Plata, Argentina),
marzo 14, p. 6.
[10]Carlevaro M. 20 07. Nanotubos contrabandean
moléculas anti–HIV dentro de células
.CienciaNet. On line: http://
ciencianet.com.ar/art–culos/nanotecnolog.
[11] Instituto Nacional de Tecnologia Industrial
(INTI). 2007. Nanotecnología.
[12]Kagan VE, Bayir H, Shvedova AA. Nanomedicine
and nanotoxicology: two sides of the same coin. Nanomedicine
2005; 1: 313-316.(49)
[13] Gwinn MR, Vallyathan V. Nanoparticles:
health effects: pros and cons. Environ Health Perspect 2006; 114:
1818-1825.
[14]Nel A, Xia T, Madler L, Li N. Toxic potential
of materials at the nanolevel. Science 2006; 311:
622-627
[15]Shetty RC. Potential pitfalls of
nanotechnology in its applications to medicine: immune
incompatibility of nanodevices. MedHypotheses 2005; 65:
998-999.
[16] CLAVIJO GRIMALDI, DIANNEY; GARCÍA
MORÁN, GRÉGORY ALFONSO; MEJÍA MEJÍA,
ÓMAR; RUIZ, ASTRID; GARCÍA CARDONA, ANANÍAS;
CASADIEGO TORRADO, CIRO ALFONSO; VITTORINO MEJÍA, MARIO La
frontera entre la Biología molecular y la
Nanotecnología: impacto en la Medicina Iatreia, vol. 20,
núm. 3, septiembre, 2007, pp. 297-307 Universidad de
Antioquia Colombia
[17]Nanotecnología. Nanociencia.
Nanotecnología y Medicina. Web page:
www.portalciencia.net/nanotecno/nanomedicina.html
[18]Introduccion a la Bioingenieria/Serie:Mundo
Electronico/MARCOMBO S.A
[19]Bioingeniería/ Solución a
problemas de las ciencias biológicas y médicas
apoyados en la Ingenierí/ Ingrid Oliveros Pantoja*,Roque
Hemández Donado**
[20]Las posibilidades de aplicación de las
nanotecnologías al diagnóstico in vitro/ Juan E.
Riese Jordá/ UIMP 17.8.2006
[21]Nanotecnología aplicada a la medicina/
Dra. Maríaa. Annunziato Médico
internista-infectólogo Médico adjunto de
Bandesir
[22]NANOBIOTECNOLOGIA/ Cluster da Nanotecnologia
/ Susana Armário /Examinadora de Patentes /Lisboa, 31 de
Outubro de 2011.
[23] Lee KB, Solanki A, Kim JD & Jung J
(2009)
Nanomedicine: Dynamic integration of nanotechnology with
biomedical science.
[24]Lockman PR, Mumper RJ, Khan MA &
Allen
DD (2002) Nanoparticle technology for drug delivery
across the blood-brain barrier. Drug Dev. Ind. Pharm. 28:
1–13.
Lutolf MP & Hubell JA (2005) Synthetic biomaterials
as instructive extracellular
microenvironments for morphogenesis in tissue
engineering. Nature Biotech. 23:
[25] Nanobiotecnología y nanomedicina/
Paula Bergero/ Reseña del artículo
Nanotecnología, hacia un nuevo portal
científico-tecnológico.
[26] Impact of Nanotechnology on Biomedical
Sciences: Review of Current Concepts on Convergence Of
Nanotechnology With Biology
Herbert Ernest and Rahul Shetty
Autor:
Luis Antonio Cuzco Torres
luiscuzco[arroba]hotmail.com