Nanotecnología en
la medicina
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Profesora: Lilian Gaona Osorio Alumno: Casti...
Este artículo está dirigido al público en general, para que se informen de los
avances que existen en la medicina basados ...
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«nanorobots», que se inyectarían directamente y at...
Dado que es imposible abarcar con profundidad todas las tecnologías que
pueden surgir de conceptos basados en nanomaterial...
 Nanomateriales
Los nanomateriales son muy diversos en su naturaleza física, química
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3. Momento en el que surgieron:
3.1. Primera generación. Esta aplicación temprana permitió el desarrollo de
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2.2 Nanocantilevers. Son barras flexibles ancladas a una final, asemejándose a
una fila de trampolines. Se diseñanpara uni...
 Situación actual de la nanotecnología y su aplicación práctica
La nanotecnología ha resultado un poderoso instrumento, p...
Conclusiones
El enorme avance de la nanotecnología durante las últimas décadas ha
permitido grandes desarrollos en muchos ...
Referencias
-----De Cózar Escalante José Manuel. (2010). “Nanotecnología, salud y
bioética”. Impresión: Grafymak, S.L. – G...
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Nanomedicina

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Este es un artículo en el cual se describen los usos de la nanotecnología aplicada en la medicina, con fines de informar los avances que existen en el área de la salud con base a la tecnología.

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Nanomedicina

  1. 1. Nanotecnología en la medicina DHTIC BENEMERITA UNIVERSIDAD AUTONOMA DE PUEBLA Profesora: Lilian Gaona Osorio Alumno: Castillo Ramírez Guillermo Alejandro
  2. 2. Este artículo está dirigido al público en general, para que se informen de los avances que existen en la medicina basados en la nanotecnología, la cual ha evolucionado mucho en las necesidades humanas, explicando desde sus inicios hasta sus beneficios. Resumen La nanomedicina, aplicada en las ciencias de la salud, es la rama de la nanotecnologíaque se perfila como la de mayor proyección en un futuro próximo debido a sus importantes aplicaciones, especialmente diagnósticas y terapéuticas. La detección temprana de enfermedades, su tratamiento precoz personalizado y un preciso seguimiento posterior de su evolución serán posibles en los próximos años gracias a la aplicación de las herramientas nanotecnológicas que se están desarrollando actualmente. Los importantes avances en este campo podrían dar lugar a sistemas de diagnosisy tratamientos terapéuticos de mayor eficacia que los existentes, lo que redundaría en una mayor calidad de vida para el hombre. Una auténtica revolución se vislumbra en el horizonte del cuidado de la salud y la tecnología médica. Introducción ¿Qué es la nanomedicina? Desde hace unos años la nanotecnología se está perfilando como un área emergente en ciencia y tecnología que nos está conduciendo a una nueva revolución industrial. La nanotecnología se define como él«desarrollo de ciencia y tecnología a niveles atómicos y moleculares, en la escala de aproximadamente 1-100 nm, para obtener una comprensión fundamental de fenómenos y materiales en dicha escala nanométrica y para crear y usar estructuras, dispositivos y sistemas que tengan nuevas propiedades y funciones debido a su tamaño».
  3. 3. Nanómetro (del latín nanus, enano) significa la milmillonésima parte de 1 metro. Lo más interesante de la nanotecnología no es la posibilidad de trabajar con materiales de reducidas dimensiones, sino el cambio a menudo radical que sufren las propiedades físicas y químicas de la materia cuando se trabaja a esta escala: la conductividad eléctrica, el color, la resistencia o la elasticidad, entre otras propiedades, se comportan de manera diferente a como lo hace el material volumétrico. Por ello, la nanotecnología tiene gran aplicación en diferentes campos, entre los que destacan los materiales, la electrónica, la medicina y la energía. Se han alcanzado ya avances significativos en la fabricación de materiales de mayor dureza y resistencia, ordenadores más veloces y con mayor capacidad de procesamiento gracias a los microprocesadores con componentes nanotecnológicos, diagnósticos médicos más eficaces o la obtención de energía a bajo coste y respetuosa con el medio ambiente. 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 una nueva disciplina denominada nanomedicina, cuyo objetivo principal es el desarrollo de herramientas para prevenir, diagnosticar y tratar enfermedades cuando están todavía en estados poco avanzados o en el inicio de su desarrollo. 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. Uno de los grandes retos en este proceso reside en el desarrollo de «nanoterapias», dirigidas específicamente a los tejidos y órganos enfermos, evitando dañar a las células sanas circundantes y, por tanto, evitando los temidos efectos secundarios de los tratamientos actuales.
  4. 4. En los orígenes de la nanomedicinase llegó a predecir la fabricación de «nanorobots», que se inyectarían directamente y atacarían selectivamente los tejidos dañados, incluso protegiendo de ataques externos y reparando posibles desperfectos. A pesar de que esto sigue siendo ciencia ficción, sí se puede afirmar que se ha avanzado notablemente en el diseño de nanoestructuras que incorporan distintas funcionalidades y pueden desempeñar un papel muy similar. El progresivo aumento que se observa de graves dolencias como el cáncer, las enfermedades cardiovasculares, la diabetes, o las enfermedades neurodegenerativas (Alzheimer y Parkinson), para las que no existen tratamientos definitivos, hacen necesarios nuevos métodos diagnósticos y terapéuticos más rápidos, eficaces y específicos que los actuales y que además reduzcan al máximo los costes implicados. La nanomedicina promete resolver algunos de estos grandes retos mediante la capacidad de detectar de forma precoz la presencia de enfermedades (como el cáncer) o la capacidad de regenerar los órganos y tejidos que estén dañados dentro del organismo proporcionado un diagnóstico precoz para también dar una medida terapéutica, 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. La nanomedicina agrupa tres áreas principales: el nanodiagnóstico, la liberación controlada de fármacos (nanoterapia) y la medicina regenerativa. El nanodiagnóstico consiste en el desarrollo de sistemas de análisis y de imagen para detectar una enfermedad o un mal funcionamiento celular en los estadios más tempranos posibles tanto in vivo como in vitro. La nanoterapia pretende dirigir nanosistemas activos que contengan elementos de reconocimiento para actuar o transportar y liberar medicamentos exclusivamente en las células o zonas afectadas, a fin de conseguir un tratamiento más efectivo, minimizando los efectos secundarios. La medicina regenerativa tiene como objetivo reparar o reemplazar tejidos y órganos dañados aplicando herramientas nanotecnológicas.
  5. 5. Dado que es imposible abarcar con profundidad todas las tecnologías que pueden surgir de conceptos basados en nanomateriales y nanodispostivos, se han seleccionado para este capítulo algunos ejemplos clave de avances conseguidos en las tres líneas principales de la nanomedicina, haciendo especial hincapié en el área del nanodiagnóstico.  Nanodiagnóstico 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 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 e 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 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.
  6. 6.  Nanomateriales Los nanomateriales son muy diversos en su naturaleza física, química ybiológica. Tienen propiedades muy distintas a las de sus equivalentes a gran escala debidas a sus propiedades. Los nanomateriales pueden ser clasificados de acuerdo a: 1. Número de dimensiones y tamaño menor de 100 nm 1.1. Una dimensión. Como ejemplos citaremos: películas (films), capas (layers) y baños de superficie (surfacecoatings) compuestos por pocos átomos y moléculas. 1.2. Dos dimensiones -----1.2.1. Nanotubos de carbono. Son una forma elemental de carbono,como el diamante, el grafito o los fulerenos que fuerondescubiertos por Iijima en 1991 (8). Están constituidos por redes hexagonales de carbono curvadas y cerradas, formando tubos de carbono nanométricos con una serie de propiedades fascinantes que fundamentan el interés que han despertado en numerosas aplicaciones tecnológicas. Son sistemas ligeros, huecos y porosos que tienen alta resistencia mecánica, y por tanto, interesantes para el reforzamiento estructural de materiales y formación de composites de bajo peso, alta resistencia a la tracción y enorme elasticidad. Algunos nanotubos están cerrados por media esfera de fulereno y otros no. Asimismo, existen nanotubos monocapa constituidos por un sólo tubo (single wallnanotubes –SWNTS-), y multicapa formados por varios tubos metidos uno dentro de otro (multiplewallnanotubes -MWNT-).
  7. 7. -----1.2.2. Nanotubos inorgánicos. Son moléculas cilíndricas compuestas a menudo por óxidos metálicos y similares morfológicamentea los nanotubos de carbono. No obstante, son más pesados que los nanotubos de carbono y no tan fuertes bajo estrés de tensión pero son particularmente fuertes bajo compresión, conduciendo a potenciales aplicaciones en resistencia de impacto. -----1.2.3. Nanocables (nanowires). Están constituidos por nanopartículas de materiales inorgánicos, tales como silicio, nitrito de galio y fosfato de indio, que se ensamblan a modo de rejilla. Gracias a sus propiedades ópticas, magnéticas y eléctricas constituyen a base de los circuitos lógicos a escala nanométrica. -----1.2.4. Nanofibras. Fibras con un grosor de decenas de cientos denanómetros que pueden fabricarse a partir de polímeros sintéticos (ej. ácido poliláctico, poliuretano) u orgánicos (ej. colágeno). -----1.2.5. Biopolímeros. Compuestos macromoleculares con clara incidencia en la biología de los seres vivos (especialmente entre los mamíferos humanos) y que están dando paso a unaserie de aplicaciones médicas, clínicas y farmacéuticas en aumento. -----1.2.6. Nanoporos. Incluyen poros de materiales sólidos yporos formados por proteínas o nanotubos localizados en membranas, por ejemplo, lipídicas. Su tamaño, forma y uniformidad pueden controlarse. 1.3. Tres dimensiones. -----1.3.1. Nanopartículas de masa química (bulkchemicals). Son partículas con un diámetro inferior de 100 nm. En comparación con las partículas del mismo material pero de un tamaño mayor, tienen nuevas o propiedades más fuertes relacionadas con eltamaño. Se sitúan a corto plazo como una de las aplicaciones más inmediatas de la nanotecnología, como es el caso de los biosensores, las nanopartículas con base hierro contra tejidos cancerosos, etc.
  8. 8. -----1.3.2. Fulerenos, fullerenos o fulleréense. La molécula de fullereno, nueva forma alotrópica del carbono, está constituida por 60 átomos de carbono, todos ellos equivalentes, indistinguibles ycada uno enlazado a otros tres carbonos, formando parte de dos hexágonos y un pentágono que da lugar a una estructura cerrada. Esta familia de moléculas posee unas propiedades excepcionales. Particularmente destaca la geometría tridimensional altamente simétrica de estas moléculas. En concreto, la más pequeña y representativa de ellas, el fullerenoC60, posee una geometría idéntica a la de un balón de fútbol. -----1.3.3. Dendrímeros, polímeros dendríticos. Moléculas sintéticaspoliméricas tridimensionales formadas a partir de un proceso de fabricación a nanoescala. Un dendrímero es construido a partir de un monómero con nuevas ramas añadidas paso a paso hasta que la estructura de árbol esta creada. -----1.3.4. Puntos cuánticos. Son cristales nanométricos de materiales semiconductores, como el cadmio y el selenio, que al ser estimulados emiten luz fluorescente. La longitud de onda y el color emitido depende del tamaño del cristal. 2. Número de dimensiones y tamaño 2.1. Superficies nanotexturizadas. Tienen una única dimensión y el grosor de su superficie está entre 0,1 y 100 nm. 2.2. Nanotubos. Son dimensionales, con un diámetro entre 0,1 y 100 nm. Están compuestos de carbono, son regulares y simétricos. 2.3. Nanopartículas. Son esféricas y por eso tienen tres dimensiones. Tienen un tamaño de partícula entre 0,1 y 100 nm en cada espacio dimensional.
  9. 9. 3. Momento en el que surgieron: 3.1. Primera generación. Esta aplicación temprana permitió el desarrollo de sistemas involucrados en la formulación de medicamentos que liberan el principio activo de manera más segura y efectiva. Ejemplos de esta primera generación de nanodispositivos son los liposomas, nanopartículas unidas a la albúmina, quelatos de gadolinio y partículas de óxido de hierro para resonancia magnética nuclear, nanopartículas de plata y nanopartículas dentales restaurativas. 3.2. Segunda generación. Surgen gracias a los grandes avances en laingeniería molecular que permiten diseñar, liberar, visualizar el principio activo y monitorizar la eficacia terapéutica a tiempo real. Encontramos en esta generación nanosensores, voladizo(cantilevers), nanotubos, nanoporos, nanocristales o puntoscuánticos, nanoesferas, nanocápsulas, nanopartículas, dendrímeros y nanovainas (nanoshells).  Aplicaciones de la nanotecnología en medicina Las áreas principales donde la nanotecnología puede tener mayor impacto son: 1. Prevención: dispositivos que pueden identificar marcadores relacionados con la enfermedad y liberar en ese momento agentes capaces de revertir los cambiospremalignos producidos en las células o eliminar las células con potencial maligno. 2. Diagnóstico: 2.1Nanocables. Se usan como sensores capaces de reconocer firmas genéticas de diferentes partículas y transmitir la información.
  10. 10. 2.2 Nanocantilevers. Son barras flexibles ancladas a una final, asemejándose a una fila de trampolines. Se diseñanpara unirse específicamente a distintas moléculas, como anticuerpos, capaces de detectar virus, bacterias, etc. 2.3 Nanotubos. Son capaces de detectar la presencia de genes alterados (ej. mutaciones, SNPs). 2.4Nanoporos. Gracias al agujero que tienen permiten que el paso de una cadena del ADN y registran la forma y propiedades eléctricas de cada una de ellas. De este modo, el nanoporo puede leer la secuencia del ADN e identificar cambios genéticos. 2.5Nanocristales y puntos cuánticos. Se pueden unir a un anticuerpo o a otra molécula capaz de unirse a su vez a una sustancia de interés, lo que los hace muy interesantes como marcadores en diagnóstico molecular, citometría de flujo y microscopía de fluorescencia. 2.6CombidexTM (ferumoxtran-10). Es un agente molecular funcional de imagen que consiste en nanopartículas óxido del hierro. Se utiliza conjuntamente con resonancia magnética para ayudar en la diferenciación de nódulos tumorales versus normales. 3. Terapia: sistemas liberadores de fármacos que permitan mejorar la formulación de principios activos con problemas para acceder al lugar de acción, nanopartículas como principios activos, implantes activos, pasivos e ingeniería tisular. 3.1Nanoesferas, nanocápsulas y nanopartículas. Dependiendo del método de preparación pueden presentar diferentes propiedades y métodos de liberación. 3.2 Nanopartículas inorgánicas, como la albúmina, la silicona, titania, pueden unirse a principios activos protegiéndolos de la desnaturalización inducida por el pH estomacal y la temperatura.
  11. 11.  Situación actual de la nanotecnología y su aplicación práctica La nanotecnología ha resultado un poderoso instrumento, producto entre otros factores, de la corriente actual en que el lapso en que confluyen la investigación científica y el desarrollo tecnológico, se ha venido acortando. También, la intersección de campos tan diversos como la física, la química, la biología, las ciencias de la computación y la ingeniería, han posibilitado el crecimiento rápido de la nanotecnología. Visualizada como una revolución científico-tecnológica, la nanotecnología representa un cambio en el mundo, tal como lo visualizamos actualmente. La base del enorme impacto que se percibe prácticamente en todo el mundo, descansa en la sinergia interdisciplinaria y en las iniciativas tomadas por varios sectores sociales. Los descubrimientos de esta ciencia son fundamentales en la aplicación de sistemas, dispositivos y materiales, de tal forma que la totalidad de los conceptos de manufactura, diseño y conocimiento serán transformados radicalmente. El alcance de esta tecnología impacta ampliamente a otras tecnologías como la electricidad, los motores de combustión interna y la computación, liberando una oleada de capacidades. Los plásticos, químicos, automóviles, aeroplanos, computadoras, semiconductores y drogas atestiguan este desarrollo sin precedentes. La Internet, referida hasta hace pocos años como la revolución de la siguiente generación, ha quedado opacada ante este nuevo fenómeno.
  12. 12. Conclusiones 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 en este capítulo son solamente ejemplos seleccionados de la ingente actividad que se está desarrollando en miles delaboratorios 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 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 seguirásorprendiéndonos 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).
  13. 13. Referencias -----De Cózar Escalante José Manuel. (2010). “Nanotecnología, salud y bioética”. Impresión: Grafymak, S.L. – Gijón. Edición no venal -----Villaverde Antonio. (2010). “Nanotecnología, Biotecnología y factores de células microbianas”. BioMed Central -----M. Lechuga Laura, Grupo de Nanobiosensores y Aplicaciones Bioanalíticas, Centro de Investigación en Nanociencia y Nanotecnología, Consejo Superior de Investigaciones Científicas. (2011). “Nanotecnología: aplicación de la medicina en la salud”. 9ª Edición del curso de Biotecnología Aplicada a la salud humana.

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