Nanomedicina

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Nanopartículas (arriba) y dendrimeros (abajo) son algunos nanomateriales que están siendo investigados para ser usados en nanomedicina.

La nanomedicina es la aplicación de la nanotecnología en el campo de la medicina, incluyendo de igual modo la futura aplicación de la nanotecnología molecular, y es empleada para mejorar la calidad de vida de los seres humanos, combatiendo las enfermedades de una forma innovadora.[1] Los problemas actuales para la nanomedicina involucra la comprensión de las consecuencias de la toxicidad y el impacto ambiental de materiales a nanoescala. Un nanómetro (nm) es una millonésima de un milímetro (10^-9 m). En teoría, con la nanotecnología se podrían construir pequeños nano-robots, nanobots que serían un ejército a nivel nanométrico en nuestro cuerpo, programados para realizar casi cualquier actividad.[2]

El término nanomedicina se originó con las concepciones de la visión de Eric Drexler acerca de robots nanomecánicos y sus aplicaciones potenciales en medicina. Dicho término ha sido definido de distintas maneras en la literatura, algunos de estos conceptos lo suficientemente amplios como para incluir todas las área de la nanotecnología médica, sin embargo la mayoría se enfocados en el control y manipulación de procesos a nivel celular en la nanoescala, aplicado al diagnóstico y tratamiento.

Las sociedades están constantemente buscando la manera de mejorar la salud, en cuanto a costos, cobertura, efectividad, respuesta ante enfermedades emergentes, y cambios demográficos. La nanotecnología ha sido examinada de manera crítica para determinar la manera en que las nuevas capacidades que representa puedan ser aplicadas para las necesidades médicas actuales. Debido a que la nanotecnología hereda su enfoque a determinadas enfermedades derivadas de investigaciones médicas actuales, su principal objetivo ha sido hacia enfermedades no infecciosas e.g. cáncer, y enfermedades degenerativas.[3]

Algunos desarrollos en la biomedicina a nivel nanoscópico tienen el potencial de crear nuevas generaciones de implantes médicos que estén diseñados para interactuar con el cuerpo, que monitoreen la composición química de las sangre y, si es necesario, liberen ciertos medicamentos.[4] Actualmente se están desarrollando huesos, cartílagos y pieles artificiales que además de no ser rechazados por el organismo, buscan ayudar a algunas partes del cuerpo humano a regenerase. Existen además nuevos sistemas para diagnóstico, imagenología y regeneración; de esta manera se pretende que se mitiguen los efectos secundarios de los actuales sistemas y/o procedimientos.

Nanomateriales Aplicados a Medicina[editar]

La nanotecnología emplea materiales de ingeniería o dispositivos que interactúan con sistemas biológicos a nivel molecular y pueden revolucionar el tratamiento de enfermedades por medio de la estimulación, respuesta, e interacción con sitios específicos para inducir respuestas fisiológicas mientras se minimizan los efectos secundarios.[5]

Liposomas y Micelas[editar]

Los liposomas son el tipo de nanopartículas con un uso más amplio en aplicaciones médicas. Estas partículas consisten en dos principales componentes: un núcleo acuoso rodeado por una membrana fosfolípida. El núcleo acuoso provee un comportamiento interno en el que puede ser transportada alguna carga. La membrana fosfolípida provee un recubrimiento que aísla los compuestos en el compartimento interior de los agentes que puedan degradarlos.

Este tipo de sistemas ya están en uso en pruebas con humanos. Por ejemplo, liposomas que contienen doxorubicina han sido aprobados por la FDA para tratamiento de cáncer de ovario y múltiples mielomas.[6] Se ha comprobado también que los liposomas magnéticos catiónicos poliméricos presentan gran estabilidad y circulación prolongada media vida más que los liposomas tradicionales, permitiendo el transporte de fármacos al cerebro.[7]

Las micelas tienen similitudes con los liposomas ya que proveen también un ambiente cerrado que permite el secuestro de cargas que se otra manera estarían expuestas a distintos ambientes fisiológicos que llevarían a la degradación. Las micelas tienen una forma esférica con un núcleo hidrofóbico y una cubierta hidrofílica, esta cubierta permite que las micelas pasen a través de distintas membranas.[6] La modificación superficial (recubrimientos) facilitan el transporte y facilidad de acceso de las micelas a sitios específicos del cuerpo como puede ser el cerebro.[8] [9]

Nanotubos[editar]

Los nanotubos son moléculas generalmente de un solo elemento formando un cilindro hueco; estas estructuras tienen un amplio rango de propiedades eléctricas, elásticas y térmicas.[6] Los nanotubos de carbono son  los más utilizados, descubiertos en 1991 por Sumio Iijima, son estructuras compuestas por hojas de grafeno enrolladas en una forma cilíndrica. Pueden tener unas o varias capas. Tienen un diámetro de uno o varios nanómetros y pueden ser tan largos como un milímetro.[10] [11]

Sus características son alta resistencia, elasticidad, baja toxicidad y fotoluminiscencia, además de un comportamiento que va desde la semiconductividad a la superconductividad. [12]

Nanopartículas de oro[editar]

Las nanopartículas de oro están compuestas de clusters de átomos de oro preparados a partir de la reducción de sales de oro. Debido a los cambio de su resonancia de plasmon superficial, las nanopartículas de oro se pueden utilizar para ensayos colorimétricos. Por medio del control de la agregación de nanopartículas de oro  se han podido detectar matrices de biomoléculas.[6]

Puntos Cuánticos[editar]

Los puntos cuánticos son nanopartículas (nanocristales) semiconductores que cuando se exponen a la luz, emiten claramente colores diferentes dependiendo de su tamaño[13] . Tienen un amplio espectro de excitación, espectros de emisión estrechos, picos de emisión de fluorescencia sintonizables, tiempos de vida largos, y la habilidad de conjugarse a proteínas, lo que los convierte en sondas ideales para bio-imagenología.[14] Los puntos cuánticos bioconjugados son muy buenas sondas y nano-vectores fluorescentes, por lo que son diseñados como dispositivos (o parte de ellos) de imagenología.[15] Su pequeño tamaño posibilita su introducción en células, e incluso el seguimiento de moléculas individuales.[16]

Transporte de Fármacos[editar]

Los nanomateriales son llevados como estructuras específicas o como una combinación de estructuras, diseñadas para entregar terapéuticos intactos, a sitios específicos, con una mínima dosis y reduciendo los efectos secundarios. Estos materiales utilizan estructuras moleculares muy específicas que les permiten interactuar con neuronas o proteínas dentro de las células.[17]

El uso de nanopartículas permite atravesar membranas citoplásmicas y nucleares para introducir material químico, biológico o genético en células determinadas.[18] Apuntar a un tipo de célula involucra agregar dispositivos de reconocimiento de funciones a la partícula para que le sea posible entrar a las células seleccioandas.

Los sistemas nanoestructurados para el transporte de fármacos tienen muchas ventajas, entre ellas:

  1. Control de farmacinética: Las nanopartículas de pueden sintonizar variando su tamaño y propiedades superficiales  a fin de tener una largos o cortos tiempos de residencia en el cuerpo y tejidos. 
  2. Separación de la farmacocinética de la actividad terapéutica: Con nanopartículas, las moléculas activas con medicamento pueden sellarse y abrirse en el sitio específico de manera que la farmacocinética y la biodistribución puede ser controlada independientemente del tipo de terapéuticos utilizados.
  3. Capacidad de carga: Una nanopartícula puede guardar un gran número de moléculas de medicamento o siRNA para ser transportadas a una célula.
  4. Efectos de afinidad múltiple: Una sola nanopartícula puede ser construida para contener múltiples ligandos que permitan uniones multivalentes a membranas celulares.
  5. Combinación de efectos terapéuticos: Distintas intervenciones  de imagenología y tratamiento se pueden llevar a cabo de manera simultánea y controlada con un solo tipo de nanopartícula.
  6. Efecto caballo de Troya: Las nanopartículas pueden cargar distintos medicamentos y llevarlos a través de barreras biológicas.[19]

Liberación Controlada[editar]

La nanomedicina es una posible solución para el desarrollo de nuevos sistemas de liberación controlada de fármacos. La idea consiste en utilizar nanoestructuras que transporten el fármaco hasta la zona dañada y, solamente cuando han reconocido esta zona, lo liberen como respuesta a un cierto estímulo. Para ello es necesaria la previa encapsulación o desactivación de los fármacos para que no actúen durante su tránsito por el cuerpo, de forma que mantengan intactas sus propiedades físico-químicas y que se minimicen los posibles efectos secundarios en otras zonas del cuerpo. Una vez que el fármaco ha llegado a su destino, debe liberarse a una velocidad apropiada para que sea efectivo, lo cual se puede hacer mediante una variación de ciertas condiciones (pH o temperatura) en la zona dañada, o mediante el control preciso de la velocidad de degradación del material encapsulante.[20]

Cáncer[editar]

Nanopartículas magnéticas o ferrofluidos pueden ser utilizados para el transporte de fármacos controlado magnéticamente. Este tecnología está basada en unir determinados medicamentos anticancerígenos con ferrofluidos que concentran dicho medicamento en un parea de interés (tumor) por medio de campos magnéticos. Separaciones de partículas magnéticas puede ser utilizada para separar las células cancerígenas  de la médula ósea y otros tejidos.[19]

Enfermedades Neurodegenerativas[editar]

El transporte de fármacos al cerebro es un reto para el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas. Una de las restricciones más significantes para una terapia efectiva es la presencia de la barrera hematoencefálica que protege al cerebro de agentes de diagnóstico o terapéuticos, al tiempo que lo protege de sustancias tóxicas.[20] Los sistemas nanoestructurados para el transporte de fármacos ofrecen una solución prometedora para mejorar la absorción de medicamentos específicos al cerebro. Varios nanoacarreadores incluyendo liposomas y nanopartículas pueden ser utilizados como medios para encapsular medicamentos ya sea solos o en combinación con ligandos. Además la mayoría de los materiales utilizados en la fabricación de nanoacarreadores son tanto biodegradables como biocompatibles, incrementando de este modo la utilidad clínica.[21]

Regeneración[editar]

Aunque los nanomateriales no son algo muy nuevo, los nanomateriales fabricados sintéticamente con propiedades físicas y químicas únicas se están volviendo muy atractivos para usos en diferentes aplicaciones tecnológicas dentro de las que se encuentran los biomateriales. Esto con el objetivo de regenerar, reemplazar o reparar tejido dañado. La nanotecnología ha abierto nuevas habilidades para la ciencia de materiales estructuras en la nanoescala controlando la composición y arquitectura, correspondiendo a matrices celulares en los tejidos.[22]

Los nanomateriales pueden mejorar el desempeño y la durabilidad de electrodos utilizados para interfasear prótesis neurales, con una superior biocompatibilidad y resistencia en la construcción de recubrimientos y depósitos. La medicina regenerativa asistida por nanotecnología promete un camino para el desarrollo de terapias a un costo efectivo para la regeneración de tejidos in situ, guía para crecimiento de tejidos, y detención o reversión de procesos cerebrales. La nanotecnología provee de las herramientas para iniciar y controlar los procesos regenerativos con la fabricación de scaffolds,  moléculas para la transmisión de señales, y células madre.[22]

Regeneración Nerviosa[editar]

Además de encapsular células y tejidos, las nanoestructuras se utilizan para guiar y estimular el crecimiento celular sirviendo como andamios para el crecimiento de nuevos tejidos nerviosos. La nanotecnología es ahora capaz de fabricar estructuras más finas y detalladas para utilizar en la funcionalización de sensores y crecimiento celular a partir de moldes. Actualmente las guías de crecimiento neural se están llevando a pruebas clínicas, donde los experimentos consisten en la reparación y regeneración de nervios incluyendo la médula espinal.[22]

Regeneración Cerebral[editar]

Se ha encontrado que los nanomateriales son buenas plataformas para radicales libres que pueden proteger el cerebro de muerte celular (inmediata o secundaria) causada por superóxidos, óxido nítrico y otros radicales libres asociados con isquemia, infarto cerebral, o daños al cerebro o la médula espinal.[23] Los fullerenos, por ejemplo, han sido funcionalizados para servir como catalizadores efectivos para la destrucción de radicales libres en tejido cerebral dañado.[24] Scaffolds nanoestructurados están diseñados para guiar y regular el crecimiento de tejidos y así permitir el transporte de nutrientes, metabolitos, y moléculas de señalización. El objetivo es imitar el ambiente del cerebro para promover la regeneración de tejido.[25]

Diagnóstico[editar]

El objetivo del nanodiagnóstico es la identificación de enfermedades en sus estados iniciales a nivel celular o molecular, e idealmente, a nivel de una sola célula, mediante la utilización de nanodispositivos y sistemas de contraste. Una identificación temprana permitiría una rápida capacidad de respuesta y la inmediata aplicación del  tratamiento adecuado, ofreciendo así mayores posibilidades de curación.

Las principales áreas de trabajo en este campo son los nanosistemas de imagen y los nanobiosensores, dispositivos capaces de detectar en tiempo real y con una alta sensibilidad y selectividad agentes químicos y biológicos sin necesidad de marcadores fluorescentes o radioactivos.[26]

Imagenología[editar]

Los sistemas nanoparticulados pueden servir como agentes de imagenología para la detección de distintas enfermedades. Los más comunes van desde óxido de hierro, perfluorocarbono, óxido de cerio o nanopartículas de platino, hasta puntos cuánticos.[27] Este tipo de sistemas son de gran utilidad para el diagnóstico, por ejemplo, de tumores por medio de resonancia magnética nuclear.[28]

Otras Aplicaciones[editar]

Los nanobots de la nanomedicina podrían producirse con la función de reestructurar o reparar tejidos músculosos u óseos. Las fracturas podrían ser cosa del pasado, los nanobots podrían programarse para identificar fisuras en los huesos y arreglar estos de dos formas; realizando algún proceso para acelerar la recuperación del hueso roto o fundiéndose con el hueso roto o inclusive las dos.[29] Y así con infinidad de enfermedades de varios tipos disolviendo sustancias de múltiples variedades según, en sangre o en la zona a tratar específicamente, inyectando pequeñas cantidades de antibióticos o antisépticos en caso de resfriados o inflamaciones, etc.

Actualmente, las nanopartículas de plata se están usando como desinfectantes y antisépticos, en productos farmacéuticos y quirúrgicos, en ropa interior, guantes, medias y zapatos deportivos, en productos para bebés, productos de higiene personal, cubiertos, refrigeradores, lavadoras de ropa y todo tipo de materiales implantables.[30] Un problema derivado de estas aplicaciones es su impacto ambiental, ya que en 2005, un estudio encontró que la plata en nanopartículas es 45 veces más tóxica que la corriente y además, en 2008, otro estudio indicó que pueden pasar nanopartículas sintéticas a los desagües, con fuerte toxicidad para la vida acuática, eliminando también bacterias benignas en los sistemas de drenaje.[31]

Véase también[editar]

Referencias[editar]

  1. López-Goerne, Tessy María (2011). Nanotecnología y Nanomedicina: La ciencia del futuro...hoy. Arkhé. ISBN 98-60-7781-20-2 |isbn= incorrecto (ayuda). 
  2. Freitas, Robert A., Jr. (2005). "Current Status of Nanomedicine and Medical Nanorobotics". Journal of Computational and Theoretical Nanoscience 2: 1–25.
  3. Tibbals, Harry F. (2011). «Nanomedicine: Scientific Bases and Societal Implications». Medical Nanotechnology and Nanomedicine (en inglés). CRC Press. ISBN 978-1-4398-0874-0. 
  4. Takeuchi, Noboru (2009). Nanociencia y Nanotecnología. Fondo de Cultura Económica. ISBN 978-607-16-0154-4. 
  5. Zhang, C (2014). «The Potential Use Of H102 Peptide-Loaded Dual-Functional Nanoparticles In The Treatment Of Alzheimer's Disease». Journal of Controlled Release (en inglés) (3). 
  6. a b c d Provenzale, James, M. (2010). «Nanotechnology in Neurology - Current Status and Future Possibilities». US Neurology (en inglés). 
  7. Zhao, Ming (2012). «Nano-sized cationis polymeric magnetic liposomes signicantly improves drug delivery to the brain in rats». Journal of Drug Targeting. doi:10.3109/1061186X.2011.651726. 
  8. Kanazawa, Takanori. «Cell-Penetrating Peptide-Modified Block Copolymer Micelles Promote Direct Brain Delivery via Intranasal Administration». Pharmaceutical Research. doi:10.1007/s11095-011-0440-7. 
  9. Shao, Kun. «Angiopep-2 modified PE-PEG based polymeric micelles for amphotericin B delivery targeted to the brain». Journal of Controlled Release. doi:10.1016/j.jconrel.2010.06.018. 
  10. Takeuchi, Noboru (2009). Nanociencia y Nanotecnología. Fondo de Cultura Económica. ISBN 978-607-16-0154-4. 
  11. Iijima, Sumio (1991). «Helical microtubules of graphitic carbon». Nature. 
  12. https://lamanobionica.wordpress.com/2013/04/04/nanotubos-de-carbono-aplicados-a-la-medicina/
  13. Algunas aplicaciones de puntos cuánticos
  14. Barroso, Margarida M. «Quantum Dots in Cell Biology». Journal of Histochemistry & Cytochemistry. doi:10.1369/0022155411398487. 
  15. Xu, Gaixia. «Theranostic quantum dots for crossing the blood brain barrier in vitro and providing therapy of HIV-associated encephalopathy». Frontiers in Pharmacology. doi:10.3389/fphar.2013.00140. 
  16. Los quantum dots (puntos cuánticos en español)
  17. Ellis-Behnke, Rutledge. «Nano neurology and the four P’s of central nervous system regeneration: Preserve, permit, promote, plasticity». Medical Clinics of North America. doi:10.1016/j.mcna.2007.04.005. 
  18. López-Goerne, Tessy María (2011). Nanotecnología y Nanomedicina: La ciencia del futuro...hoy. Arkhé. ISBN 98-60-7781-20-2 |isbn= incorrecto (ayuda). 
  19. a b Tibbals, Harry F. (2011). «Medication: Nanoparticles for Imaging and Drug Delivery». Medical Nanotechnology and Nanomedicine (en inglés). CRC Press. ISBN 978-1-4398-0874 |isbn= incorrecto (ayuda). 
  20. a b López-Goerne, Tessy María (2013). Nanomedicina Catalítica: Ciencia y Cáncer. Arkhé. ISBN 978-607-7781-59-2. 
  21. Bozdag-Pehlivan, Sibel. «Nanotechnology-Based Drug Delivery Systems for Targeting, Imaging and Diagnosis of Neurdegenerative Diseases». Pharmacological Research. doi:10.1007/s11095-013-1156-7. 
  22. a b c Tibbals, Harry F. (2011). «Regeneration: Nanomaterials for Tissue Regeneration». Medical Nanotechnolgy and Nanomedicine (en inglés). CRC Press. ISBN 978-1-4398-0874-0. 
  23. Provenzale, James, M. (2010). «Nanotechnology in Neurology - Current Status and Future Possibilities». US Neurology (en inglés). 
  24. Yin, J (2009). «The scavering of reactive oxygen species and the potential for cell protection by functionalized fullerene materials». Biomaterials. 
  25. Zhong, Y. (2008). «Biomaterials for the central nervous systems». Journal of the Royal Society Interface. 
  26. López-Goerne, Tessy María (2013). Nanomedicina Catalítica: Ciencia y Cáncer. Arkhé. ISBN 978-607-7781-59-2. 
  27. Kyle, Stuart. «Nanotechnology for the Detection and Therapy Stroke». Advanced Healthcare Materials. doi:10.1002/adhm.201400009. 
  28. Wang, Lingyun (2010). «MRI Contrast Agent for the Diagnosis of Tumor». Progress in Chemistry. 
  29. Drexler, K. Eric 1986. Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology. ISBN 0-385-19973-2
  30. Flores, Constanza Y. (28 de marzo de 2014). Nanopartículas de plata con potenciales aplicaciones en materiales implantables: síntesis, caracterización fisicoquímica y actividad bactericida. p. 233. Consultado el 28 de abril de 2014. 
  31. Ribeiro, Silvia 2008. "Balas de plata tóxicas"; La Jornada, México, 8 de noviembre de 2008.

Enlaces externos[editar]