Nanotecnologia en la medicina

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  • 1. Benemérita Universidad Autónoma de Puebla Facultad de Medicina DHTIC Ensayo Nanotecnología en la Medicina Alumno: Orlando Rivera Zurita Doctora: Lilian Gaona Osorio Periodo: Verano 2013 Jueves 04 de Julio de 2013
  • 2. Índice Pagina  1.-Introducción………………………………...……………...…..3  2.-Justificación………………………………...….………...…….5  3.-Nanotecnología en la medicina………………… ………..…6  3.1.-Nanodiagnóstico…………………………………………….9  3.2.-Terapia basada en nanopartículas……………….………11  3.3.-Nanomedicina regenerativa ……………………………..12  4.-Situación actual de la nanomedicina…………………..…..14  4.1.-España…………………………………………...……….. 14  4.2.-Europá……………………………………..……..…….......15  4.3.- Estados unidos……………………………………………15  5.-Conclusión……………………………...…………….………16  6.-Bibliografía…………………………………………….………17
  • 3.  La nanotecnología es el desarrollo de ciencia y tecnología a niveles atómicos y moleculares, para crear y usar estructuras, dispositivos y sistemas que tengan nuevas propiedades y funciones debido a su tamaño.  Nanométro significa la milmillonésima parte de 1 metro.  La nanotecnología tiene gran aplicación en diferentes campos, entre los que destacan los materiales, la electrónica, la medicina y la energía.  Ya existen multitud de productos «nanotecnológicos» en el mercado, como cosméticos más eficaces y protectores, raquetas de tenis más flexibles y resistentes, gafas que no se rayan, ropa que no se arruga ni se mancha, por citar algunos ejemplos.  La irrupción de la nanotecnología en las ciencias de la salud ha dado lugar a la nanomedicina, cuyo objetivo principal es el desarrollo de herramientas para diagnosticar, prevenir y tratar enfermedades.
  • 4.  La nanomedicina estudia interacciones a la nanoescala y para ello utiliza dispositivos, sistemas y tecnologías que incluyen nanoestructuras capaces de interactuar a escala molecular y que se interconectan a nivel micro para interaccionar en el nivel celular.  El progresivo aumento que se observa de graves dolencias como el cáncer, las enfermedades cardiovasculares, la diabetes, o las enfermedades neurodegenerativas, hacen necesarios nuevos métodos diagnósticos y terapéuticos más rápidos, eficaces y específicos que los actuales.  La nanomedicina agrupa tres áreas principales: el nanodiagnóstico, la liberación controlada de fármacos (nanoterapia) y la medicina regenerativa.  La nanomedicina promete resolver algunos de estos grandes retos mediante la capacidad de detectar de forma precoz la presencia de enfermedades o la capacidad de regenerar los órganos y tejidos que estén dañados dentro del organismo proporcionado un diagnóstico precoz, una terapia adecuada y un seguimiento posterior efectivo de la evolución del paciente. En un futuro próximo se podrá incluso disponer de tratamientos individualizados a distancia en el propio hogar o lugar de trabajo del paciente.
  • 5.  Nuestra interés se basa en el área de la salud, específicamente en la medicina, durante este tiempo en la facultad nos hemos precavido de que todo tiene una base dígase salud o enfermedad en una escala molecular por ello nosotros elegimos trabajar sobre este tema debido a que decidimos que era un trabajo de importancia para nosotros debido a que es una tecnología con gran futuro dentro de nuestra área de estudio y trabajo.  La nanotecnología nos ayudara a tener una mejor esperanza de vida para nuestros pacientes y aun que aun falte mucho por delante es tiempo de comenzar a entender lo que es la misma.
  • 6.  La palabra ‘nano’ significa una mil millonésima parte. Un nanómetro es el tamaño de una molécula. Típicamente, los objetos de nanoescala son menos de 100 nanómetros.  Se dice que un fragmento de pelo es cerca de 10,000 (diez mil) nanómetros. A nivel de nanoescala, algunos cambios únicos ocurren dentro de los materiales, como cambios energéticos, estructurales, entre otros, estos cambios es una de las razones por los cuales la nanotecnología es tan interesante. El propósito de la nanotecnología es explotar estos cambios con la combinación de las nano-partículas en estructuras pequeñas.  Un ejemplo de las nanopartículas son los nanotubos de carbono. Los NTC `s son estructuras tubulares cuyo diámetro oscila entre 10 y 100 nanómetros. Éstos existen de muchos materiales, como silicio o nitruro de boro, aunque generalmente, el término se aplica a los NTC s.
  • 7.  Los NTC `s son una forma alotrópica del carbono, como el diamante, el grafito o los fullerenos. Su estructura puede considerarse procedente de una lámina de grafeno enrollada sobre sí misma. Dependiendo del grado de enrollamiento, y la manera como se conforma la lámina original, el resultado puede llevar al NTC `s a mostrar distinto diámetro y geometría interna.  La nanotecnología ha revolucionado distintas áreas de nuestro entorno, como la medicina, los metales, los polímeros, los materiales compuestos y cerámicos, entre otros miles más. Debido a sus distintas aplicaciones a nivel laboratorio y a nivel industrial.  Una de las vertientes más prometedoras dentro de los potenciales nuevos avances tecnologicos en la medicina. Podríamos aventurar una definición situándola como rama de la nanotecnología que permitiría la posibilidad de curar enfermedades desde dentro del cuerpo y al nivel celular o molecular.  Se considera que determinados campos pueden ser objeto de una auténtica revolución, especialmente: monitorización, reparación de tejidos, control de la evolución de las enfermedades, defensa y mejora de los sistema biológico humano; diagnóstico, tratamiento y prevención, alivio del dolor, prevención de la salud, administración de medicamentos a las células, etc. etc. Todos ellos constituirían nuevos avances tecnológicos en la medicina que la posicionarían en una nueva era científica y asistencial.
  • 8.  La nanomedicina se convierte así en una rama fundamental de las prometedoras aplicaciones de la nanociencia. Probablemente una de las de mayor alcance para el ser humano. No son pocos los que alertan de riesgos no despreciables que pueden estar ligados a estos avances.  Estudios prometedores se han realizado de NTC s para aplicaciones en la liberación de fármacos, en resonancia magnética, estructuras para regeneración ósea, neuroprótesis visuales, músculos artificiales así como sensores para desarrollar material quirúrgico inteligente. En química las funciones en que pueden participar son como adsorción y absorción, como catalizadores, y en electrosíntesis, entre otras.  Entre las aplicaciones a estudiar está la interacción superficial de proteínas, en la separación de proteínas por electroforesis, en geles de poliacrilamida, en el diagnóstico de enfermedades, transporte y liberación controlada de fármacos y/o vacunas, o la presentación estructural de moléculas bio activas en la superficie del nanotubo para que funcionen como antígenos.  Los NTC `s se plantean como una promesa revolucionaria en medicina. El esfuerzo investigador en esta área es muy grande dado el enorme potencial que poseen para realizar diferentes funciones
  • 9. Liberación de fármacos Los NTC `s son sustancias adecuadas para ser portadores de fármacos debido que no interaccionarían con éstos, conservando su integridad, además son suficientemente resistentes como para no ser alterados durante el tránsito por el interior del cuerpo y por el hecho de estar formados por carbono, sustancia básica en el cuerpo humano. Es de esperar que sean totalmente biocompatibles y que pudieran descomponerse y excretarse después de liberar el fármaco. Además, hay estudios que demuestran que el reducido tamaño de los NTC `s los capacita para penetrar las células, requisito necesario para esta aplicación. Científicos norteamericanos han conseguido quemar células cancerígenas en cultivo gracias a la creación de una molécula híbrida en la que se combinaron NTC `s con anticuerpos especializados en la búsqueda de tumores. Una vez que estas moléculas híbridas alcanzaron las células tumorales, y se adhirieron a ellas, los científicos les aplicaron radiación infrarroja para calentar los NTC `s y con calor éstos quemaran las células enfermas. Los resultados han sido exitosos y suponen un paso adelante en el desarrollo de terapias con nanotecnología. Los tejidos del organismo son relativamente transparentes para este tipo de radiación, lo que sugirió a los científicos que dirigiendo los NTC `s hacia las células cancerígenas para a continuación someterlos a una exposición no invasiva de radiación, se podrían eliminar las células cancerígenas.
  • 10. Diversos estudios han señalado que se prevé que los sistemas de administración de medicinas desarrollados con la nanotecnología aporten grandes mejoras en el tratamiento de enfermedades, y no sólo del cáncer, sino también de la diabetes y las dolencias neurológicas. Se cree que, en un futuro, las aplicaciones de la nanotecnología revolucionarán la medicina, abriendo posibilidades sorprendentes en cirugía y en lo que se refiere a prevención de enfermedades. La nanotecnología ofrece una gran variedad de avances médicos que permitirán resolver algunos problemas crónicos como la diabetes que es una de las cuestiones más graves de salud pública. Existe un nuevo método que emplea la nanotecnología para medir el nivel de insulina en unos minutos y que ayuda a controlar los niveles de azúcar en el organismo. Esta aplicación puede ser usada para mejorar un método de terapia para la diabetes tipo 1, que remplaza la insulina generalmente por una inyección de ésta misma o una bomba de insulina junto con una dieta sugerida que incluye hidratos de carbono, y un cuidadoso monitoreo de niveles de glucosa en la sangre. Esta solución libraría a los pacientes de numerosas inyecciones por algunos años. Sensores biológicos de NTC `s permitirían que en el futuro los diabéticos midieran el nivel de glucosa en su sangre sin tener que recurrir a muestras sanguíneas. .
  • 11. Pruebas anteriores muestran que los MWCNT s como detectores son más sensibles para medir insulina que los métodos convencionales. Existe interés en las propiedades biológicas de los NTC `s, y se espera que la incorporación de los biomateriales con NTC `s será desarrollado para su uso clínico. Sin embargo, todavía se tiene que resolver algunos problemas para su adaptación en microfisiómetros. El mundo de la medicina es muy complejo, por lo que todos los beneficios de la nanotecnología para medicina tardarán en hacerse evidentes. No obstante, otros beneficios llegarán de forma inmediata Las herramientas de la investigación y la práctica de la medicina serán menos costosos y más potentes. Investigación y diagnóstica serán más eficaces, lo que permitirá una capacidad de respuesta más rápida para tratar nuevas enfermedades. Numerosos pequeños sensores, ordenadores y diversos aparatos implantables de bajo coste permitirán un control continuo sobre la salud de pacientes así como tratamiento automático. Serán posibles diversos tipos nuevo de tratamiento.
  • 12. El objetivo del nanodiagnóstico es la identificación de enfermedades en sus estadios iniciales en el nivel celular o molecular e, idealmente, al 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. Los nanodispositivos utilizados como agentes de contraste en la imaginología médica (especialmente, en resonancia magnética, ecografía y tomografía) tienen claras ventajas sobre los agentes tradicionales en cuanto a mejor dispersión óptica, incremento de la biocompatibilidad, disminución en la probabilidad de desnaturalización y, especialmente, su capacidad de unirse a ligandos, lo cual los convierte en dispositivos con múltiples funciones quese unen a las células blanco, permiten la imagen para el diagnóstico y acarrean medicamentos, permitiendo un tratamiento específico y eficiente. Clavijo D., García G.A., Casadiego C.A (15-06-2008)
  • 13. Los nanosistemas de diagnóstico se pueden utilizar in vitro o in vivo. El diagnóstico in vivo normalmente requiere que los dispositivos puedan penetrar en el cuerpo humano para identificar y (idealmente) cuantificar la presencia de un determinado patógeno o de células cancerígenas, por ejemplo. Esto conlleva una serie de problemas asociados con la biocompatibilidad del material del dispositivo, pero además requiere de un sofisticado diseño para asegurar su eficacia y minimizar los posibles efectos secundarios. Por su parte, el diagnóstico in vitro ofrece una mayor flexibilidad de diseño, ya que se puede aplicar a muestras muy reducidas de fluidos corporales o de tejidos, a partir de los cuales se puede llevar a cabo una detección específica (de patógenos o defectos genéticos, p. ej.) en tiempos muy cortos, con gran precisión y sensibilidad. Debido a estas diferencias fundamentales, se prevé que la detección in vitro usando nanodispositivos llegue al mercado de una forma mucho más rápida y se pueda consolidar más fácilmente que los métodos in vivo. Dentro del nanodiagnóstico, dos son las principales áreas de trabajo: 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.
  • 14. Además de elementos de reconocimiento y diagnóstico, las nanopartículas pueden utilizarse también como agentes terapéuticos. Una vez que las nanopartículas se unen a tejidos dañados o a células cancerosas, se puede inducir su calentamiento mediante aplicación de un campo magnético de baja intensidad (para nanopartículas magnéticas) o por irradiación con luz infrarroja (para nanopartículas metálicas). A pesar de que los mecanismos son diferentes, en ambos casos el calentamiento provoca la destrucción de las células tumorales por hipertermia, sin afectar a las células o tejidos sanos que las rodean. La utilización de esta tecnología para el tratamiento del cáncer evitaría los graves problemas de efectos secundarios de los actuales tratamientos de quimioterapia o radioterapia. Estos experimentos ya han demostrado su utilidad en pacientes humanos. Una de las principales nanoterapias es la desarrollada por la empresa alemana MagForce Nanotechnologies AG, que ha recibido recientemente (julio de 2010) la aprobación de la Agencia Europa.
  • 15. El sistema de nanoterapia de MagForce se basa en el uso de nanopartículas de óxido de hierro recubiertas de aminosilano. La aplicación concreta, recientemente aprobada para su uso en la clínica para tratamiento de tumores cerebrales, consiste en inyectar estas nanopartículas magnéticas en la zona del tumor y posteriormente aplicar un campo magnético alternante de alta frecuencia, que produce un calentamiento local de la zona tumoral debido la vibración de las nanopartículas y, por consiguiente, la destrucción de las células cancerosas. La terapia podría aplicarse a diferentes tipos de tumores sólidos. La aprobación de este nuevo método terapéutico abre las puertas a los métodos terapéuticos basados en la nanotecnología.
  • 16. La nanomedicina regenerativa se ocupa de la reparación o sustitución de tejidos y órganos enfermos o dañados mediante la aplicación de métodos procedentes de la terapia génica, la terapia celular, la dosificación de sustancias biorregenerativas y la ingeniería de tejidos, estimulando los propios mecanismos reparadores del cuerpo humano. Las principales aportaciones de la nanotecnología a la medicina regenerativa están relacionadas con la producción de nuevos materiales y sistemas de soporte, la utilización de células madre embrionarias y adultas y la producción de moléculas bioactivas que sirvan como señales de diferenciación celular. En la ingeniera de tejidos, la nanotecnología puede jugar un papel predominante, al facilitar nuevos materiales y técnicas que permiten una integración de los tejidos de forma más eficiente por la posibilidad de generar microambientes más propicios para la regeneración tisular. La principal dificultad radica en encontrar materiales adecuados que permitan la fabricación de estructuras que mantengan activo el órgano afectado mientras se regenera la zona dañada.
  • 17. Entre los materiales que se están utilizando cabe destacar los nanotubos de carbono, las nanopartículas como hidroxiapatita o zirconia, las nanofibras de polímeros biodegradables, los nanocomposites, etc. Uno de los mayores logros es el desarrollo de biomateriales con capacidad de imitar a la matriz extracelular, constituyendo un auténtico soporte, idéntico al que aparece de forma natural en las células, sobre el que pueden crecer las células progenitoras para posteriormente implantarlo en el paciente y así reparar o sustituir el órgano dañado. También se pueden utilizar superficies nanoestructuradas que pueden actuar como incubadoras de líneas celulares, favoreciendo el proceso de diferenciación celular., donde una superficie nanoestructurada con nanotubos de carbono ha permitido el crecimiento y proliferación de redes neuronales; también puede observarse una estructura tridimensional con huecos ordenados, fabricada mediante replicación inversa de un cristal opalino, en cuyo interior se han crecido hepatocitos. Esta estructura podría proporcionar la rigidez necesaria para mantener el hígado mientras se desarrolla el crecimiento de Nanomedicina: ampliación de la nanotecnología en la salud 111 las células encargadas de regenerarlo.
  • 18. Otra posibilidad es el diseño de biomateriales inteligentes que incorporen en su seno moléculas de señalización que, una vez insertadas en el paciente, sean liberadas de forma gradual y activen la regeneración tisular in vivo. Gracias a la nanomedicina, las células madre pluripotenciales y los factores de señalización serán componentes esenciales de implantes inteligentes y multifuncionales que podrán reaccionar en función del microambiente que le rodee y facilitar entonces la regeneración del tejido dañado de forma específica y en el mismo lugar. Es de prever también que se puedan desarrollar nanoestructuras artificiales que puedan detectar y reparar daños en el organismo, de la misma forma que las nanoestructuras naturales lo hacen (p. ej., los linfocitos de la sangre). Así, se ha propuesto de forma teórica la fabricación de unas nanoestructuras para sustituir la hemoglobina, denominadas «respirocitos». Los respirocitos son células rojas nanofabricadas con una enorme capacidad para transportar oxígeno y que puede permitir pasar varias horas bajo el agua sin respirar. Según los cálculos de su creador, con una inyección de respirocitos podríamos vivir con el corazón parado durante 4 horas o bucear durante 2,5 horas. Otros interesantes desarrollos incluyen motores biomoleculares, interruptores moleculares o nanoagujas que penetren en el núcleo de células vivas con un alto grado de precisión para realizar cirugía celular.
  • 19. El objetivo del Instituto Nacional de Cáncer de los Estados Unidos es utilizar la nanotecnología, para eliminar, antes de 2015, las muertes y el sufrimiento causados por el cáncer. Las investigaciones actuales se centran en cómo utilizar la nanotecnología para cambiar de forma radical la capacidad de la medicina para diagnosticar, comprender y tratar el cáncer. La Nasa impulsa actualmente programas para el diseño de un prototipo de célula artificial. Y mientras los costes de la medicina bajan y el tratamiento de enfermedades más seguro, así sus beneficios serán experimentados por muchas más personas en todo el mundo.
  • 20. Marta Cuadros Celorrio, Aurora Llanos Méndez, Román Villegas Portero(2007) España La Plataforma Española de Nanomedicina (http://www.nanomedspain.net/) es una iniciativa que pretende aglutinar a los principales sectores de la investigación, la industria y la administración, con el fin de impulsar una estrategia común en un campo tan multidisciplinar como es la nanomedicina. En esta plataforma, la industria española del sector biomédico y biotecnológico juega un papel fundamental, apoyada de manera muy activa por numerosos centros tecnológicos, organismos de investigación, universidades, hospitales, así como por la administración pública. Europa La Comisión Europea adoptó un plan de actuación en junio de 2005, con vigencia hasta 2009, que pretendió definir las acciones de implementación inmediata fruto de una estrategia responsable, integrada y segura de las nanociencias y las nanotecnologías. Los principales puntos a tratar fueron :
  • 21. • Cómo y qué debería y qué no ser patentable. • Regulación a nanoescalas, similar a la existente para los parámetros a macroescala (ej: exposición ocupacional a nanopartículas, cuantos, etc). Estados Unidos de América En octubre de 2005, la National Science Foundation anunció una serie de medidas para unificar esfuerzos a la hora de informar a la población sobre la nanotecnología e identificar las implicaciones que conlleva para la sociedad Posteriormente se creó la FDA Nanotechnology Task Force (agosto de 2006) que se encarga de determinar los accesos que fomentan el desarrollo de productos innovadores, seguros y efectivos regulados por la FDA que emplean nanomateriales, así como identificar y recomendar las vías de conocimiento y vacíos políticos. Además, el Instituto Nacional del Cáncer de Estados Unidos (NCI) ha puesto en marcha Alliance for Nanotechnology in Cancer. Esta iniciativa pública y privada ha sido desarrollada para acelerar la aplicación de los nuevos descubrimientos nanotecnológicos en cáncer y así cambiar el modo de diagnosticar, tratar y prevenir el cáncer.
  • 22. El enorme avance de la nanotecnología durante las últimas décadas ha permitido grandes desarrollos en muchos campos, incluidas las ciencias de la salud. Los conceptos de la nanotecnología se están aplicando en métodos de diagnóstico más sensibles, sistemas de terapia y de administración controlada de fármacos, así como en herramientas que permiten la regeneración de tejidos y órganos dañados. Los sistemas y métodos descritos son solamente ejemplos seleccionados de la ingente actividad que se está desarrollando en miles de laboratorios de todo el mundo para mejorar las condiciones de salud y la calidad de vida de toda la sociedad. En el futuro, estos sistemas se integrarán en microchips implantables que permitirán la administración programada de fármacos con un tratamiento personalizado y que, al mismo tiempo, podrán medir los parámetros vitales del paciente y trasmitir esta información directamente a una estación central de datos, para tener controlado al paciente mientras éste hace su vida normal. Ya existen chips subcutáneos para medir de forma continua parámetros cruciales como el pulso o la temperatura, nanopartículas que pueden reconocer, detectar y atacar selectivamente células cancerosas, así como nanosensores.
  • 23. que permiten detectar en fluidos biológicos cantidades extremadamente bajas de moléculas que revelan la existencia de cáncer u otras enfermedades Se están fabricando actualmente dispositivos «laboratorio-en-un-chip» y se ha pasado a la etapa de ensayo clínico para nanopartículas que realizan una liberación controlada de fármacos. Sin embargo, los largos procesos de aprobación en los sectores médicos y farmacéuticos pueden significar que los beneficios para la salud sólo podrán apreciarse a largo plazo). Aunque todavía es necesario llevar a cabo una gran cantidad de investigación y desarrollo, no cabe duda de que la nanotecnología seguirá sorprendiéndonos con avances que redundarán en una mejora de la calidad de vida de nuestra envejecida sociedad y que ayudará a resolver los problemas causados por las principales enfermedades (cáncer, desórdenes neurodegenerativos y enfermedades cardiovasculares
  • 24. Dra. Catalina Pérez Berúmen. "La nanotecnología aplicada a la medicina. "cienciacierta.uadec.mx. diciembre 2011. Coordinación General de Estudios de Posgrado e Investigación. 21 de junio de 2012 http://www.postgradoeinvestigacion.uadec.mx/CienciaCierta/CC24/7%20nanot ecnologia.html. Euroresidentes . "Beneficios de la Nanotecnología: Medicina. "Euroresidentes.mx. 2010. IT&IS Siglo XXI S. L.. 21 de junio de 2013 http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/nanotecnologia_respons able/nanotecnologia_beneficios_medicina.htm Laura M. Lechuga. "Nanomedicina: apliación de la nanotecnología en la salud. "http://digital.csic.es/. 2008. grupo de nanobiosensores y aplicaciones bioanalíticas. 21 de junio de 2013 http://digital.csic.es/bitstream/10261/44635/1/7_Nanomedicina.pdf Citas textuales Clavijo D., García G.A., Casadiego C.A., Nanotecnología en el diagnóstico y tratamiento médico (15-06-2008) Marta Cuadros Celorrio, Aurora Llanos Méndez, Román Villegas Portero., Nanotecnología en Medicina, Informe de síntesis de tecnología emergente(2007)