Nanotecnología en el diagnóstico ensayo

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El Diagnostico temprano de una enfermedad es considerado un reto en la medicina actual, ya que hoy en día contamos con lo necesario para llevarla a cabo. Una vez que se tiene el diagnostico medico …

El Diagnostico temprano de una enfermedad es considerado un reto en la medicina actual, ya que hoy en día contamos con lo necesario para llevarla a cabo. Una vez que se tiene el diagnostico medico completo es precisó un tratamiento adecuado para el paciente.

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  • 1. NANOTECNOLOGÍA EN EL DIAGNÓSTICO Y TRATAMIENTO MÉDICO (JUNIO 2011) José Siguencia Macero Universidad Politécnica Salesiana Facultad de Ingeniería Electrónica Cuenca, Ecuador esiguencia@est.ups.edu.ec Nanosistema Definición Aplicaciones más comunesResumen: El Diagnostico temprano de una Nanoliposomas Vesículas en las cuales Acarreadores deenfermedad es considerado un reto en la un volumen acuoso que gran variedad demedicina actual, ya que hoy en día contamos generalmente, contiene medicamentos, el compuesto ctivo, es gentes decon lo necesario para llevarla a cabo. Una vez rodeado por una Contraste yque se tiene el diagnostico medico completo es membrana fosfolipídica radiofármacos.precisó un tratamiento adecuado para el similar a la membrana Se estápaciente. Al pasar de los días es importante la celular.. desarrollando unainvestigación y la utilización de nanomateriales nueva generaciónpara los diferentes tipos de componentes capaz de incorporarmédicos, tanto en el diagnóstico temprano de fulerenos paradiversas enfermedades, como en su utilidad liberarcomo acarreadores y liberadores de medicamentos no solubles en aguamedicamentos, en el recubrimiento de Nanoesferas Sistemas gel y Acarreadoras dedispositivos de uso clínico, en el control de coloidales que medicamentosinfecciones y su posible intervención en terapia contienen una sustancia Agentes e contrastegénica. Éstas y futuras aplicaciones, así como activa, adsorbida en la para imagen.los efectos debidos a su utilización, justifican superficie o disuelta enprofundizar en el papel de la nanotecnología en el interior de lala actividad médica. partícula. Nanocápsulas Sistemas vesiculares en Acarreadoras de donde la sustancia medicamentos.Palabras Clave: Diagnostico, Tratamiento, activa está confinada en Agentes denanomateriales un núcleo lipídico o contraste para acuoso y rodeada por imagen.I. INTRODUCCIÓN una membrana polimérica de una oLa nanotecnología es la ciencia involucrada múltiples capas.en el diseño de materiales funcionales, Nanoemulsione Dispersiones de aceite Acarreadoras de s y agua en la cuales la medicamentosdispositivos y sistemas por medio del control de fase dispersa estála materia a escala nanométrica, 1 a 100 nm (1 formada por gotas de lanm=10-9 m), dimensiones en las cuales las sustancia activa enpropiedades físicas, químicas y biológicas de los nanoescala. Sonmateriales cambian drásticamente, lo cual estabilizadas en lapermite la interacción a nivel celular y superficie con unamolecular con alto grado de especificidad. La cubierta de surfactantenanomedicina es la aplicación de la y co-surfactante.nanotecnología a la medicina con el objeto de Tabla 1ejercer control sobre las estructuras biológicas,con precisión molecular y atómica, con el fin de Estos nanosistemas, así como otros nomantener y establecer la salud; incluye mencionados, permiten el desarrollo deaplicaciones en el diagnóstico, el tratamiento, la Novedosas, promisorias y fascinantesmonitorización y el control en diversas Posibilidades de la nanotecnología en Elfunciones biológicas. Algunos de los diagnóstico y tratamiento médicos. Lasnanosistemas con claras aplicaciones biológicas siguientes son algunas de ellas. Son:y médicas se incluyen en la tabla 1. - Diagnóstico temprano. Los nanodispositivos Utilizados como agentes de contraste en la imaginología médica (especialmente, en resonancia
  • 2. Magnética, ecografía y tomografía) tienen claras alta sensibilidad y selectividad agentes químicosventajas sobre los agentes tradicionales en y biológicos. Los principales sistemas deCuanto a mejor dispersión óptica, incremento de nanodiagnóstico dentro de estas dos grandesla biocompatibilidad, disminución en la áreas se recogen en la figura 1..probabilidad de desnaturalización y,especialmente, su capacidad de unirse, lo cuallos convierte en dispositivos con múltiplesfunciones que se unen a las células blanco,permiten la imagen para el diagnóstico yacarrean medicamentos, permitiendo untratamiento específico y eficiente Merecenmención especial los avances en el uso denanopartículas superparamagnéticas de óxidode hierro para mejorar la sensibilidad de laresonancia magnética en el diagnósticode lesiones metastásicas. La detección adecuadade siembras tumorales en los ganglios linfáticos,no sólo reduce el tiempo y las complicacionesquirúrgicas para el paciente, sino que es esencialpara determinar el tratamiento a seguir. Figura 1. A) Disoluciones de puntos cuánticosNanodiagnóstico de distintos tamaño. B) Esquema de un punto cuántico, C) Imágenes de experimentos en los que se han inyectado puntos cuánticos y comoEl objetivo del nanodiagnóstico es la se acumulan en células u órganos dañados.identificación de enfermedades en sus estadiosiniciales en el nivel celular o molecular e,idealmente, al nivel de una sola célula, mediante Control del sangrado. La nanotecnologíala utilización de nanodispositivos y sistemas de parece abrir una posibilidad interesante frente acontraste. Una identificación temprana los métodos tradicionales de hemostasia (porpermitiría una rápida capacidad de respuesta y ejemplo, mediante presión, cauterización,la inmediata aplicación del tratamiento utilización de fármacos, etc.) que generalmenteadecuado, ofreciendo así mayores posibilidades requieren condiciones específicas y no sólode curación. Los nanosistemas de diagnóstico se incluyen el vaso comprometidopueden utilizar in vitro o in vivo. El diagnóstico (vasoconstricción) sino los de tejidosin vivo normalmente requiere que los adyacentes, afectando el suminis. Envió dedispositivos puedan penetrar en el cuerpo oxígeno y nutrientes a las células sanas. Se hanhumano para identificar y (idealmente) ensayado soluciones nanohemostáticas quecuantificar la presencia de un determinado disminuyen notablemente el tiempo depatógeno o de células cancerígenas, por sangrado, preservan la integridad de las célulasejemplo. Esto conlleva una serie de problemas vecinas y permiten que sus componentesasociados con la biocompatibilidad del material básicos (generalmente, aminoácidos) seandel dispositivo, pero además requiere de un utilizados como materia prima en el proceso desofisticado diseño para asegurar su eficacia y regeneraciónminimizar los posibles efectos secundarios. Porsu parte, el diagnóstico in vitro ofrece una Nanocirugía. El progreso de la nanotecnologíamayor flexibilidad de diseño, ya que se puede ha permitido el desarrollo de herramientas paraaplicar a muestras muy reducidas de fluidos practicar “intervenciones quirúrgicas” a nivelcorporales o de tejidos, a partir de los cuales se celular e, incluso, molecular: sistemas láser,puede llevar a cabo una detección específica (de nanojeringas, nanopinzas, nanoalambres ypatógenos o defectos genéticos, p. ej.) en diversos dispositivos para manipulacióntiempos muy cortos, con gran precisión y electrocinética. Los sistemas láser, por ejemplo,sensibilidad. Debido a estas diferencias introducidos en medicina hace cerca de 40 añosfundamentales, se prevé que la detección in para intervenciones a nivel macroscópico, sevitro usando nanodispositivos llegue al mercado utilizan en pulsos de algunos nanojuliosde una forma mucho más rápida y se pueda (nanojoules) durante femtosegundos (1consolidar más fácilmente que los métodos in femtosegundo=10-15 segundos) para lavivo. Dentro del nanodiagnóstico, dos son las manipulación de células individuales uprincipales áreas de trabajo: los nanosistemas de organelos subcelulares como componentes delimagen y los nanobiosensores, dispositivos citoesqueleto, mitocondrias, disección decapaces de detectar en tiempo real y con una cromosomas para inactivación de regiones
  • 3. genómicas específicas, así como transfección de panorama en el diagnóstico y tratamientoADN sin destruir la estructura celular, médicos. Sin embargo, el uso de nanosistemas,utilizando perforaciones transitorias en la a pesar de su capacidad para imitar los sistemasmembrana plasmática moleculares celulares normales en tamaño y función y de sus potenciales beneficios, puede• Control de infecciones. acarrear riesgos al desconocerse, en la mayoría Las nanoemulsiones pueden utilizarse como de los casos, la reacción del cuerpo humano amedio para la administración de vacunas por los mismos.vía mucosa (por ejemplo, nasal u ocular) sinnecesidad de ser almacenadas en frío, lo cual es Nanotecnología en oftalmologíaventajoso en áreas rurales, por ejemplo. A pesar del hecho que la retina es una porciónAsimismo, aprovechando las propiedades bastante accesible del sistema nervioso central,tóxicas de los metales, en particular la no hay virtualmente ningún tratamiento para laproducción de especies reactivas de oxígeno degeneración macular relacionada (AMD). La(radicales libres) bajo luz ultravioleta, se han AMD Es una enfermedad retinal degenerativadiseñado emulsiones con nanopartículas de que causa pérdida progresiva de la visión centralplata, útiles en la asepsia y antisepsia en y es la causa principal de la pérdida de visiónambientes hospitalarios y extrahospitalarios, ya irreversible y ceguera legal en personas sobreque inactivan la mayoría de los los 50 años de edad.microorganismos, incluso el VIH-1. Lananotecnología también puede utilizarse en el SUBRETINAL ELECTRONIC CHIPSdiagnóstico rápido de enfermedades infecciosas,mediante el diseño de diversos biosensores que Este implante tiene por objeto sustituir ladetectan el ADN específico de un agente función de los fotorreceptores degeneradosinfeccioso particular y las variedades resistentes directamente por la traducción de la luz que caea los antibióticos, lo cual permitiría la en el punto de la retina en pequeñas corrientesinstauración oportuna y precisa de la terapia que son proporcionales a el estímulo de luz.antimicrobiana. Como se ha mencionado, lasnanopartículas servirían como liberadoresespecíficos de medicamentos y, además, seestudia la posibilidad de que sean utilizadas enterapia génica, para modificar elcomportamiento de parásitos . Además de lasanteriores aplicaciones es necesario mencionarque los avances tecnológicos en losinstrumentos que permiten visualizar estructurasnanométricas se han convertido en aliados de labiología molecular. Recientemente, gracias a lautilización del microscopio de fuerza atómica,que provee nuevos métodos para el estudiofuncional de proteínas de membrana celular in Figura 2. Chip implantado en la retinasitu, se ha logrado una caracterización másprecisa del receptor tipo 1 de la angiotensina, así Nanobiosensores. Dentro del nanodiagnóstico,como de otros subtipos de receptores, estos los principales dispositivos de análisis que seconocimientos serán útiles, no sólo para están desarrollando son los nanobiosensores,profundizar en el conocimiento de los dispositivos capaces de detectar en tiempo real,mecanismos involucrados en el control de la sin necesidad de marcadores fluorescentes opresión arterial mediante el uso de radioactivos y con una alta sensibilidad ymedicamentos que bloquean estos receptores, selectividad, todo tipo de sustancias químicas ysino de las posibles aplicaciones de los mismos biológicas. Un biosensor es un dispositivoa nivel neuronal, en las áreas cerebrales donde integrado por un receptor biológico (enzimas,su expresión es abundante: los ensayos en ADN, anticuerpos, etc.) preparado para detectarcultivos celulares de neuronas de corteza e específicamente una sustancia y un transductorhipocampo, demostraron que el uso de o sensor, capaz de medir la reacción debloqueadores de receptores AT1 se relacionan reconocimiento biomolecular y traducirla en unacon la disminución de la acumulación de la señal cuantificable (fig. 3). Los dosproteína amiloide tipo b de la enfermedad de constituyentes del biosensor están integradosAlzheimer. Tal como se anotó, éstas son sólo conjuntamente y es precisamente esta íntimaalgunas de las posibilidades de la unión la que le confiere a los dispositivosnanotecnología que prometen cambiar el biosensores sus especiales características de
  • 4. sensibilidad y selectividad. Otra de las invasivos y menos traumáticos. Además podríancaracterísticas fundamentales que hace ser fácilmente introducidos en el interior delatractivos a los biosensores es la posibilidad de cuerpo humano, proporcionando datos muchorealizar el análisis de la sustancia a determinar más fiables del estado de salud real de unen tiempo real y de forma directa (sin necesidad paciente.de marcador) a diferencia de cualquier analisisbiológico o clínico que siempre requiere un Conclusionesmarcador (ya sea fluorescente o radioactivo). El 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. El desarrollo de la nanotecnología es esencial para una buena salud en el futuro ya que con sus avances se podrá prevenir, tratar y curar algunas enfermedades ya que si son detectadas en el tiempo debido se podrán salvar la vida de muchas personas. A futuro, estos sistemas se integrarán en microchipsFigura 3. A) Esquema del funcionamiento de un implantables que podrán medir los parámetrosbiosensor. B) Fabricación de nanobiosensores vitales del paciente y trasmitir esta informacióncon tecnología microelectrónica. El biosensor directamente a una estación central de datos,esta formado por un transistor similar a los para tener controlado al paciente mientras éstecircuitos integrados de silicio y una capa hace su vida normal., los nanosensores quebioreceptora para el análisis especifico. permiten detectar en fluidos biológicos cantidades extremadamente bajas de moléculas que revelan la existencia de cáncer u otrasTodo ello confiere a los biosensores la enfermedades.posibilidad de realizar no sólo un análisiscualitativo y cuantitativo, sino también la Referenciasposibilidad de evaluar la cinética de lainteracción (constante de afinidad, asociación,  Oftalmología / Portal de oftalmologíadisociación, etc.) y, por tanto, elucidar los en cuba.mecanismos fundamentales de dichainteracción. Las técnicas de análisis de  Centro Latino-Americano e do Caribelaboratorio más habituales, ya sea de sustancias de Informacion en Ciencias de Saludquímicas o biológicas, suelen ser laboriosas,  National Cancer Instituteconsumen mucho tiempo y en la mayoría de laocasiones requieren personal especializado para  Lacerda L, Bianco A, Prato M, et al.su empleo. Frente a ellas, los biosensores Carbon anotubes as nanomedicines:ofrecen la posibilidad de hacer medidas directas, from toxicology to farmacology. Advcontinuas, de forma rápida y con alta Drug Deliv Rev. 2006;58:1460-70.sensibilidad. El término «nanobiosensor»designa a los biosensores cuyas propiedades  Moghimi SM, Hunter AC, Murray JC.vienen moduladas por la escala nanotecnológica anomedicine: current status and futurecon la que están fabricados. Los prospects FASEB J. 2005;19:311-nanobiosensores pueden mostrar unasensibilidad mucho mayor que la de losdispositivos convencionales y además ofrecenlas ventajas del pequeño tamaño y laportabilidad, lo que posibilita su utilización encualquier lugar, como el hogar o la consulta delmédico. Con estos nanodispositivos la cantidadde muestra para hacer el análisis esrelativamente baja (de micro a nanolitros), loque significa que los métodos de extracción demuestras de pacientes pueden ser menos