24 nov 2019

La importancia de llamarse Nano


   Entre el mundo de los átomos y el mundo de las cosas que observamos existe un territorio poco explorado donde las cosas adquieren propiedades tan poco usuales como extraordinarias y tan sorprendentes como útiles. Es en ese mundo donde las propiedades de las cosas cambian dependiendo de su tamaño y forma, donde existen algo parecido a robots capaces de entrar a una célula para curar una enfermedad, donde el tamaño importa y nada es lo que aparenta ser. Bienvenidos al nanomundo.

"las propiedades de las cosas cambian dependiendo de su tamaño y forma"

   
   Matthew Bishop, un jardinero británico de 49 años sufre de retinosis pigmentosa, una enfermedad genética que poco a poco le va quitando la visión lateral, es decir que solo pueda ver cosas que están en el centro de su mirada. De no ser detenida, la enfermedad terminará de consumir totalmente, lenta pero inexorablemente, su ya poca capacidad de observar las cosas. No podrá apreciar las flores de los jardines que trabaja. 

   Después de estudios extensos los médicos han concluido que la enfermedad se debe a una mutación muy particular y que para detener la enfermedad hay que corregir dicha mutación. Pero, ¿Cómo llegar hasta el núcleo de las células de Matthew (que es donde se encuentra el gen defectuoso) para poder curarlo? La nanotecnología es una de las posibles respuestas.

"...robots capaces de entrar a una célula para curar una enfermedad"


Virus: nanopartículas de origen biológico

   Los virus llevan miles de años en la faz de la tierra. No se sabe bien a bien cuando aparecieron y como, pero lo qué si se sabe, es que a penas hace cien años mas o menos supimos que existían y que conviven con nosotros. Después de décadas de estudio se supo que los virus son pequeñas partículas de tamaño nanométrico, es decir entre 30 y 100 nanómetros. Los virus más simples constan de una coraza compuesta de proteína que protege a su genoma (ADN o ARN) en su interior. Pero hay virus para todos los gustos. Unos mas complejos incorporan una cubierta de lípidos, carbohidratos, o combinaciones de múltiples proteínas y cuentan con maquinarias de infección y replicación bastante complejas.

"los virus son pequeñas partículas de tamaño nanométrico"


   Para Matthew, lo más importante era saber que esta nanotecnología creada por la naturaleza podía curarlo. Pero como era un ensayo experimental nadie podía darlo por hecho. Me pregunto que habrá cruzado por la mente de Matthew cuando le explicaron que no usarían un fármaco tradicional, es decir una pequeña molécula o una proteína, si no un virus, el cual llegaría hasta el núcleo de sus células y entregaría un cargamento de ADN especial que repararía su gen defectuoso mediante la inserción de una variante corregida. Y todo esto le ayudaría a recuperar su vista y finalmente a curarse definitivamente, al menos eso esperaba él. Matthew accedió a participar en el estudio.

Nanotecnología en el siglo XXI 

   Desde finales de los años 80 el término nanotecnología despegó. Al principio como todo, solo era una palabra que despertaba la curiosidad en ciertas personas y científicos, pero ahora es un área científica y tecnológica muy pujante, que recibe millones para su desarrollo, que universidades ofrecen grados sobre este tema y que tiene la aspiración a revolucionar muchas esferas de nuestra civilización.

"acarreadores de fármacos, ... sensores, materiales ópticos, electrónicos, luminiscentes, catalizadores y demás."


   Después de décadas de estudio se sabe que ciertas nanopartículas tienen propiedades útiles para la humanidad. No solo pueden ser usadas como acarreadores de fármacos, también pueden ser usadas como sensores, materiales ópticos, electrónicos, luminiscentes, catalizadores y demás. Por ejemplo, si varios átomos de oro son agregados en nanopartículas, estos adquieren un color particular, si unos cuantos más átomos son adicionados, su color cambia drásticamente. Esto ha sido usado como vía para detectar la presencia de otras moléculas en agua, el ambiente o en el cuerpo humano. Algo parecido pasa con el átomo de carbono, dependiendo de como se arregle y como se una a otros átomos de carbono puede formar el grafeno o los nanotubos de carbono, los cuales son materiales que tienen propiedades de conducción de electricidad muy diferente a átomos de carbono no unidos de la misma manera, o inclusive lo hacen de manera superior a otros materiales que se sabe que conducen electricidad. Y esto es solo por como se organizan los átomos en la escala nanométrica; solo por genuinamente llamarse “nano”.

"organizan los átomos en la escala nanométrica"


Nanotecnología y la medicina del futuro

   Matthew y todos los demás 13 pacientes que recibieron las nanopartículas virales mantuvieron su vista o inclusive la mejoraron. Nadie esperaba un éxito tan rotundo como este. Estoy seguro qué podrá seguir disfrutando del color de las flores de su jardín.

   Desde hace varios años los ensayos clínicos que usan nanopartículas virales para tratar enfermedades genéticas, donde no existe posible cura o tratamiento, se han multiplicado y muchas han obtenido éxitos importantes, lo cual da optimismo de qué en el futuro, la nanotecnología contribuya a desaparecer muchas de estas enfermedades genéticas, es decir a que queden en la historia, tal cual las vacunas lo lograron con enfermedades devastadoras en el siglo XX.

   Un punto para pensar el valor de la nanotecnología y su papel en el futuro.


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Referencias:








23 nov 2019

Nanomedicina (1 de 3)


IMN 032

"La nanomedicina tiene mucho potencial económico y podría reescribir completamente el mercado farmacéutico."

Introducción


   El término nanomedicina hace alusión a un espectro amplio de tecnologías que tienen en común el uso de materiales con un tamaño diminuto, los cuales actúan sobre los componentes más básicos de las células, como las proteínas o el ácido desoxiribonucléico (ADN). Se utiliza para detectar y curar padecimientos de salud, a través de conjunto de nuevos enfoques, metodologías y herramientas tecnológicas. Estos materiales pueden ser usados en el tratamiento o cura de enfermedades, la corrección de alteraciones en las células o la eliminación de virus y bacterias que causan enfermedades. Además, podrían ser usados como herramientas de diagnóstico para detectar y monitorear fallas del organismo y dar aviso oportunamente. Es imprescindible que exista una regulación adecuada que garantice la calidad, efectividad, seguridad y uso ético de los nanomateriales usados con fines médicos, así como políticas de promoción y fomento a la innovación adecuadas.



¿Qué es la Nanotecnología?


   Nanotecnología es la manipulación de la materia en una escala muy pequeña con el fin de diseñar, caracterizar o producir materiales, estructuras, dispositivos y sistemas con tamaños entre 1 y 100 nanómetros en al menos uno de sus componentes o dimensiones (Figura 1). Aunque la clasificación por el tamaño de las partículas es arbitraria, hablamos de nanopartículas cuando su dimensión está entre uno y mil nanómetros (un nanómetro equivale a la millonésima parte de un milímetro). Si el planeta Tierra midiera un metro, una moneda de un peso equivaldría a un nanómetro, término que proviene del griego nano y metron, que significan "enano" y "medida", respectivamente. 


Figura 1. Diversos objetos en la escala nanométrica. Nanopar-
tículas "suaves" vs "duras". (INCyTU (C))

Propiedades de los objetos nanométricos 


   Las partículas nanométricas tienen propiedades físicas, químicas o biológicas distintas a las que presentan objetos de mayores dimensiones, propiedades que dependen de su tamaño y forma y pueden ser controladas y manipuladas en el laboratorio. Por ejemplo, es posible ajustar el tamaño y la forma de las nanopartículas de oro y otros metales con el fin de que tengan colores y emitan luz de forma específica. En medicina, el valor de las nanopartículas (NP) radica en que algunas pueden cruzar la pared de venas y arterias, ser más estables por mayor tiempo en el fluido sanguíneo, penetrar tejidos, acumularse con mayor eficiencia en algún sitio de interés (como tumores) o ser internalizadas más eficientemente dentro de las células. 

"La nanomedicina es la aplicación de estos pequeñísimos materiales para la prevención, detección, tratamiento o cura de enfermedades."

Relación con las enfermedades 


   El ADN funciona como un centro de control con las instrucciones para producir miles de proteínas, mientras que cada proteína es como una máquina especializada en realizar una función específica en los procesos internos de la célula. Muchas enfermedades humanas surgen de alteraciones en el ADN o en las proteínas. Dado que el tamaño de proteínas, ADN o algunos virus y bacterias se encuentra entre 1 y 100 nanómetros, los nanomateriales pueden interaccionar con ellos y detectarlos, manipularlos, repararlos, o bien destruirlos e inhibirlos, si fuera necesario.



Principales avances en Nanomedicina


   Los materiales de mayor utilidad y aplicación en este tipo de medicina son las nanopartículas. Otros ejemplos incluyen los geles, fibras y tubos, que pueden ser de carbono. Las NP suelen dividirse en suaves y duras (Figura 1). Las suaves se componen de compuestos orgánicos como lípidos, proteínas, ácidos nucleicos (como el ADN y ácido ribonucleico, el ARN) o carbohidratos; mientras que las duras están constituidas por materiales inorgánicos como metales o cerámicas. Existen también nanopartículas híbridas que combinan ambos tipos de materiales. Ejemplos de NP suaves son: 

• Cápsulas compuestas de lípidos (liposomas)
• Polímeros (polimersomas)
• Proteínas tipo virus artificiales

   Debido a que varias de las NP suaves son de origen y naturaleza biológica, pueden ser reconocidas y degradadas por el organismo en el que se introducen, tienen baja toxicidad e implican menores riesgos para los organismos vivos que las duras, las más comunes hechas a partir de oro, hierro y otros metales. El principal uso de estas partículas es como sistemas de administración y liberación de fármacos, como substancias bioactivas o biosensores. Éstas pueden ser dirigidas hacia tejidos, órganos o células específicas (por ejemplo, aquellas que están enfermas, dañadas o tienen alteraciones), lo que ayuda a que la entrega y liberación del fármaco sea más eficiente y específica, en lugar de distribuirse por igual en todo el organismo, como ocurre con los fármacos tradicionales (figura 2). 

Figura 2. Nanomateriales usados como portadores de fármacos o como agentes de contraste al interior del cuerpo humano para combatir cáncer. (INCyTU (C))

"Algunos nanomateriales pueden transportar fármacos de forma controlada y dirigida con alta especificidad hacia células cancerígenas o agentes infecciosos, aumentando su eficacia, disminuyendo efectos secundarios y reduciendo su toxicidad."

   Existen distintos esfuerzos por diseñar NP que tengan la capacidad de responder a señales bioquímicas del cuerpo y, con base en ellas, liberen o no el fármaco que transportan. Por ejemplo, se busca que cuando detecten moléculas que indiquen la presencia de células enfermas, su cargamento se libere (al exterior o interior de la célula) y así corregir las fallas de la célula, enviando señales que indiquen que han detectado y las han corregido o destruido. Pero estas funciones aún no están disponibles actualmente.

continuará...

*El autor de este texto publicó esta nota previamente en el sitio web del INCyTU, la Oficina de Información Científica y Tecnológica para el Congreso de la Unión, establecida y operada por el Foro Consultivo, Científico y Tecnológico.