La Nanotecnología (página 2)

1.6 REALIDAD O CIENCIA
FICCIÓN

Sin embargo, a pesar de que se avanza continuamente en
el diseño
de nuevos medicamentos y técnicas
con capacidad de manipular la materia
átomo
por átomo, no existen fechas precisas para que todos estos
adelantos sean una realidad en la vida cotidiana de millones de
personas, pues la ciencia, al
igual que el arte,
también tiene a la imaginación y la creatividad
como motores.

Algunas de las investigaciones
más recientes en la búsqueda de tratamientos
alternativos contra el cáncer
fueron difundidas por un grupo de
investigadores estadunidenses. En ellas se usaron
nanopartículas de oro para el
tratamiento del mal, lo que representa un gran logro para el
combate contra esta enfermedad, a pesar de que puedan transcurrir
varios años antes de su aplicación en seres
humanos.

Actualmente, muchos productos
generados por la nanotecnología han sido aplicados a la
vida cotidiana de millones de personas, como el uso de materiales
más livianos y resistentes, catalizadores con
nanopartículas de platino en los vehículos para
hacer más eficiente el consumo de
combustible, hasta tecnología de punta
en el desarrollo de
proyectos
espaciales.

La nanotecnología y el
conocimiento de los procesos
biológicos, químicos y físicos a nivel
molecular, se convertirán en una de las revoluciones
científicas más importantes para la humanidad, la
cual debe ser difundida e incorporada en la sociedad con
una amplia participación y apoyo por parte del Estado y la
iniciativa privada.

La "excelente" calidad de las
investigaciones desarrolladas por especialistas requiere de mayor
impulso financiero que garantice el futuro de importantes
proyectos y de un cambio en la
cultura
científica que permita que la mayoría de la
población conozca el potencial de un nuevo
campo científico que puede cambiar el futuro de la
humanidad.

El principal reto será incorporar la
nanotecnología como un nuevo campo multidisciplinario
vinculado estrechamente a la sociedad, tanto por sus aplicaciones
como por su potencialidad para resolver los problemas
más urgentes, como el acceso a recursos
energéticos, agua o
alimentos.

A ello se suma la falta de interés de
importantes sectores de la iniciativa privada que pueden
participar en el desarrollo de una tecnología moderna y
eficiente que repercutirá tanto en la calidad de
vida de las personas como en el consumo de diversos
artículos.

Sin un programa de
divulgación que informe a la
sociedad y al sector industrial de los avances que puede generar
la nanotecnología, se agudizará el rezago
científico en el que se ubican muchos de los países
en desarrollo, a pesar de tener un cuerpo científico
altamente capacitado, pero sin recursos ni
difusión.

CAPÍTULO II: TIPOS DE
NANOTECNOLOGÍA

• Según la forma de trabajo la
  nanotecnología se divide en:

A) Top-down: Reducción de tamaño.
Literalmente desde arriba (mayor) hasta abajo (menor). Los
mecanismos y las estructuras se
miniaturizan a escala
nanométrica. Este tipo de Nanotecnología ha sido el
más frecuente hasta la fecha, más concretamente en
el ámbito de la electrónica donde predomina la
miniaturización.

B) Bottom-Up: Auto ensamblado. Literalmente desde
abajo (menor) hasta arriba (mayor). Se comienza con una estructura
nanométrica como una molécula y mediante un
proceso de
montaje o auto ensamblado, se crea un mecanismo mayor que el
mecanismo con el que comenzamos. Este enfoque, que algunos
consideran como el único y "verdadero" enfoque
nanotecnológico, ha de permitir que la materia pueda
controlarse de manera extremadamente precisa. De esta manera
podremos liberarnos de las limitaciones de la
miniaturización, muy presentes en el campo de la
electrónica.

El último paso para la Nanotecnología de
auto montaje de dentro hacia fuera se denomina
"Nanotecnología molecular" o "fabricación
molecular", y ha sido desarrollada por el investigador K. Eric
Drexler. Se prevé que las fábricas moleculares
reales sean capaces de crear cualquier material mediante procesos
de montaje exponencial de átomos y moléculas,
controlados con precisión. Cuando alguien se da cuenta de
que la totalidad de nuestro entorno perceptivo está
construida mediante un limitado alfabeto de diferentes
constituyentes (átomos) y que este alfabeto da lugar a
creaciones tan diversas como el agua, los
diamantes o los huesos, es
fácil imaginar el potencial casi ilimitado que ofrece el
montaje molecular.

Algunos partidarios de una visión más
conservadora de la Nanotecnología ponen en duda la
viabilidad de la fabricación molecular y de este modo
tienen una visión contradictoria a largo plazo con
respecto a la teoría
de Eric Drexler, el defensor más conocido de la
teoría de la fabricación molecular. Es importante
tener en cuenta de alguna manera esta nota discordante, porque la
mayoría de los investigadores involucrados piensan que la
madurez de la Nanotecnología es una evolución positiva y que la
Nanotecnología mejorará de manera significativa la
calidad de la vida en el planeta (y en el espacio) de la
población mundial.

Según el campo en el que se trabaja la
nanotecnología se divide en:

1. Nanotecnología
   Húmeda

• Esta tecnología se basa en sistemas
  biológicos que existen en un entorno acuoso incluyendo
  material genético, membranas, encimas y otros
  componentes celulares.
• También se basan en organismos vivientes cuyas
  formas, funciones y
  evolución, son gobernados por las interacciones de
  estructuras de escalas nanométricas. 

1. Nanotecnología Seca

• Es la tecnología que se dedica a la
  fabricación de estructuras en carbón, Silicio,
  materiales inorgánicos, metales y
  semiconductores.
• También está presente en la
  electrónica, magnetismo y
  dispositivos ópticos.
• Auto ensamblaje controlado por computadora.
• Es también confundida con la
  microminiaturización.

1. Nanotecnología Seca y
   Humeda

• Las ultimas propuestas tienden a usar una
  combinación de la nanotecnología húmeda y
  la nanotecnología seca
• Una cadena de ADN se programa
  para forzar moléculas en áreas muy
  específicas dejando que uniones covalentes se formen
  sólo en áreas muy específicas.
• Las formas resultantes se pueden manipulas para
  permitir el control
  posicional y la fabricación de
  nanoestructuras.

2. Nanotecnología
   computacional

• Con esta rama se puede trabajar en el modelado y
  simulación de estructuras complejas de
  escala nanométrica.
• Se puede manipular átomos utilizando los
  nanomanipuladores controlados por computadoras.

CAPÍTULO III: AVANCES DE LA
NANOTECNOLOGÍA

3.1 NANODIAMANTES

El diamante, el material natural más duro y
resistente, se espera que con el uso de la nanotecnología
amplíe y mejore sus aplicaciones. Así los
nanodiamantes podrían conducir a la detención de
contaminantes bacterianos en agua y alimentos; y a producir
nanodispositivos electrónicos, que como en el caso de los
nanotubos del carbón que están siendo
desarrollandos y estudiados, presenten mayores ventajas que los
actuales en silicio. Es decir, será posible hacer
diamantes o las películas de diamante en diferentes formas
y tamaños, asi como también mejorar su costo. La
nanotecnología ha permitido sintetizar películas de
nanodiamantes con las características físicas,
químicas y biológicas mejoradas para ser aplicado
en áreas tecnológicas muy diferentes.9-12 Estos
nanodiamantes crecidos en diversos substratos tienen una
capacidad particular para el estudio electroquímico
ofreciendo alta sensibilidad, buena precisión y alta
estabilidad en comparación con otros materiales como el
carbón vítreo y el platino.

Además de las características naturales
del diamante, tales como alta conductividad térmica, alta
dureza e inercia química
también presenta un amplio intervalo de potencial
electroquímico en medios acuosos
y no acuosos, capacitancia muy baja y estabilidad electroquímica extrema. Por otra parte, se
desarrollan nuevas superficies que permiten el fijar compuestos
como proteínas
o moléculas más simples que permitirán
obtener mayor afinidad a líquidos específicos para
su estudio mejorando las propiedades biológicas de dichos
materiales. Mientras que todas estas características
promueven nuevas aplicaciones en campos como el
electroanálisis, otras incluyen el uso de estas
películas en la fabricación de los revestimientos
duros que poseen coeficiente friccional bajo y
características excelentes de desgaste,13 dispositivos
emisores de electrones11 y cubiertas resistentes a altos
impactos.14, 15 La nanocristalinidad de estas películas es
el resultado de un nuevo tipo de crecimiento y mecanismos de
nucleación, dando por resultado un nivel de
nucleación alrededor de 1,010 cm-2s-1; gracias al uso de
diversas técnicas de deposición, por ejemplo, del
plasma asistido por microondas,
descarga a baja presión,
plasma inducido por laser, filamento
caliente y otras técnicas.6 Típicamente, la mezcla
gaseosa usada para la sintésis del diamante
microcristalino o nanocristalinos es formada de hidrógeno y metano.1, 2 Sin
embargo, en el logro de nano-películas, se han utilizado
otras composiciones formadas de argón, hidrógeno y
metano16, 17 o de helio, hidrógeno y metano;9, 10
obteniendo nanodiamantes con características
específicas y con nuevas propiedades; como una mayor
conductividad eléctrica, conductividad térmica y
mayor área superficial potencialmente
utilizable.

Algunos ejemplos de nanodiamantes pueden ser
observados en las figuras 1, 2, 3 y 4; que son
fotos

Fig. 1. A) Foto de un soporte
carbonoso realizada mediante

microscopía electrónica
de barrido (conocido por sus siglas en inglés,
SEM.

Fig. 2. B) Foto del soporte de
carbono con un
depósito de nanodiamantes realizada mediante
Microscopía

electrónica de barrido. El
depósito de nanodiamantes se realizó con un nivel
de drogado en boro de 1018 partes

por cm-3. Reimpreso de Diamond &
Related Materials 14 (2005) 1673 – 1677, con permiso de
Elsevier.18

Fig. 3. Imágenes
de MicroscopÍa electrónica de barrido del electrodo
del diamante/soporte de carbono con un

nivel de drogado con boro de 5000 ppm.
(a) Morfología; (b) Sección
representativa que evidencia la fibra interna

3.2 NANOTUBOS DE CARBÓN

3.2.1 DEFINICIÓN

Los nanotubos de carbono se consideran una gran promesa
debido a sus propiedades mecánicas excepcionalmente
fuertes, su habilidad para transportar de modo eficaz altas
densidades de corriente
eléctrica, y otras propiedades eléctricas y
químicas.

Los nanotubos, que son aproximadamente 10.000 veces
más delgados que un cabello humano, pueden fabricarse casi
perfectamente rectos en cámaras especiales de plasma
gaseoso. Son las fibras más fuertes que se conocen. Un
solo nanotubo perfecto es de 10 a 100 veces más fuerte que
el acero por peso de
unidad y poseen propiedades eléctricas muy interesantes,
conduciendo la corriente eléctrica cientos de veces
más eficazmente que los tradicionales cables de
cobre

El grafito (sustancia utilizada en lápices) es
formado por átomos de carbono estructurados en forma de
panel. Estas capas tipo-panel se colocan una encima de otra. Una
sola capa de grafito es muy estable, fuerte y flexible. Dado que
una capa de grafito es tan estable sola, se adhiere de forma
débil a las capas al lado, Por esto se utiliza en
lápices – porque mientras se escribe, se caen
pequeñas escamas de grafito.

En fibras de carbono, las capas individuales de grafito
son mucho más grandes que en lápices, y forman una
estructura larga, ondulada y fina, tipo-espiral. Se pueden pegar
estas fibras una a otras y formar así una sustancia muy
fuerte, ligera (y cara) utilizada en aviones, raquetas de tenis,
bicicletas de carrera etc.

Pero existe otra forma de estructurar las capas que
produce un material más fuerte todavía, enrollando
la estructura tipo-panel para que forme un tubo de grafito. Este
tubo es un nanotubo de carbono.

Los nanotubos de carbono, además de ser
tremendamente resistentes, poseen propiedades eléctricas
interesantes. Una capa de grafito es un semi-metal. Esto quiere
decir que tiene propiedades intermedias entre semiconductores
(como la silicona en microchips de ordenador, cuando los
electrones se muevan con restricciones) y metales (como el
cobre
utilizado en cables cuando los electrones se mueven sin
restricción). Cuando se enrolla una capa de grafito en un
nanotubo, además de tener que alinearse los átomos
de carbono alrededor de la circunferencia del tubo,
también las funciones de onda estilo mecánica
cuántica de los electrones deben también
ajustarse. Este ajuste restringe las clases de función de
onda que puedan tener los electrones, lo que a su vez afecta el
movimiento de
éstos. Dependiendo de la forma exacta en la que se
enrolla, el nanotubo pueda ser un semiconductor o un
metal.

3.2.2 ASPECTOS INNOVADORES DE LOS NANOTUBOS DE
CARBONO

El aspecto innovador de los materiales carbonosos de
escala nanométrica, fullerenos y nanotubos, reside en que
reúnen las siguientes propiedades:
1. Habilidad para trabajar a escala molecular, átomo a
átomo. Esto permite crear grandes estructuras con
fundamentalmente nueva organización molecular.
2. Son materiales de "base", utilizados para la síntesis
de nanoestructuras vía autoensamblado.
3. Propiedades y simetría únicas que determinan sus
potenciales aplicaciones en campos que van desde la
electrónica, formación de composites, almacenamiento de
energía, sensores o
biomedicina.

3.2.3 VENTAJAS COMPETITIVAS DE LOS NANOTUBOS DE
CARBONO

El campo de la Nanotecnología, y en particular el
de los CNTs es un campo reciente, (fueron descubiertos en 1991),
que puede ofrecer soluciones en
campos multisectoriales y multidisciplinares y que tiene
importantes implicaciones en Ciencia y
Tecnología.
Sus extraordinarias propiedades aseguran una revolución
en los modos en que los materiales y productos van a ser
obtenidos, siendo la investigación a nanoescala de
interés para industrias tales
como: productoras de cerámicas, metalurgía,
láminas delgadas, electrónica, materiales
magnéticos, dispositivos ópticos, catalizadores,
almacenamiento de energía y biomedicina.

3.3 NANOMEDICINA

3.3.1 GENERALIDADES

En la nanomedicina se han clasificado tres partes
principales para poder atender
a una persona: el
nanodiagnóstico, la liberación controlada de
fármacos y la medicina
regenerativa.

Nanodiagnostico.- El objetivo del
nanodiagnostico es de identificar la aparición de una
enfermedad en sus primeros estadios a nivel celular o molecular e
idealmente al nivel de una sólo célula.
Para posteriormente dar un buen tratamiento en base al
diagnostico que se le da.

Nanomateriales usados:

Nanobiosensores de reconocimiento
celular o molecular

Liberación controlada de fármacos.- El
objetivo de la liberación controlada de fármacos
como su nombre bien lo describe, es que una vez dada el
diagnostico al paciente, se le suministre el medicamento de tal
manera que este llegue a su destino y recién ahí
empiece a reaccionar con la zona tratada. Para esto se utiliza
tecnología para que en el transcurso del medicamento a
través del organismo no se desperdicie el fármaco.
Esto ayudara al paciente ya que se le suministrara menor cantidad
de drogas pero
que esto no influya en la eficacia del
mismo. Liberándose cuando este en la zona requerida y no
antes.

Nanomateriales usados:

Diferentes nanosistemas empleados
para la dosificación controlada de
fármacos

Medicina regenerativa.- El objetivo principal de esta
area es el de regenerar o reemplazar los tejidos u organos
afectados, órganos mediante la aplicación de
métodos
procedentes de terapia génica, terapia celular,
dosificación de sustancias bioregenerativas e ingeniería tisular.

Nanomateriales usados:

Crecimiento de células de
fibroblasto sobre un sustrato
nanoestructurado,

Pero estos no solo son los unicos materiales para una
terapia, ya que hay diversos nanomateriales que cada dia se
desarrolan, con el objetivo de darle a la humanidad una mejor
calidad de vida.

3.3.2 Nanotubos en terapia
genética

Gracias a los últimos avances científicos
en la medicina, se han logrado identificar muchos de los genes
relacionados con ciertas enfermedades, y actualmente
investigaciones utilizan estos nuevos conocimientos para
desarrollar nuevos tratamientos para dichas
enfermedades.

Se cree que se podría reemplazar genes
defectuosos o ausentes a través de la implantación
en células humanas desde el exterior del mismo tipo de
gen. Este proceso no resulta sencillo porque, como el ADN no
puede traspasar las membranas células, se requiere la
ayuda de un transportador. Ejemplos de este tipo de transportador
incluyen un virus, un
lisosoma o péptido especial. Un equipo europeo de
investigadores ha desarrollado un nuevo método
para introducir el ADN en células de mamíferos a través de nanotubos de
carbón modificados.

Los nanotubos de carbón son estructuras diminutas
con forma de aguja y fabricados con átomos de
carbón.

Para utilizar nanotubos como transportador de genes, era
necesario modificarlos. El equipo de investigadores logró
enlazar al exterior de los nanotubos de carbón varias
cadenas hechas de átomos de carbón y oxígeno
cuyo lateral consiste en un grupo de aminos cargados
positivamente (– NH3+). Esta pequeña
alteración hace que los nanotubos sean solubles.
Además, los grupos cargados
positivamente atraen a los grupos de fosfatos cargados
negativamente en el esqueleto del ADN. Al utilizar estas fuerzas
electrostáticas atractivas, los científicos
lograron fijar de forma sólida plasmidos al exterior de de
los nanotubos. Luego contactaron los híbridos de
nanotubo-ADN con su cultivo celular de células de
mamífero.

El resultado fue que los nanotubos de carbón,
junto con su cargamento de ADN, entraron dentro de la célula.
Imágenes de microscopio
electrónico mostraron la forma en la que los nanotubos
penetraron la membrana celular.

Los nanotubos no dañan a las células
porque, a diferencia de los anteriores sistemas de transporte
genética,
no desestabilizan la membrana al penetrarla. Una vez dentro de la
célula, los genes resultaron ser funcionales. El uso de
nanotubos de carbón como transportador no se
limitará al transplante de genes. Nuevos avances
científicos lograrán que sea posible el transporte
de medicamentos y el desarrollo de otras nuevas técnicas
médicas.

3.3.3 NANOTUBOS EN LA MEDICINA

Según los resultados de una investigación
llevada a cabo por un equipo de científicos de la Universidad de
California, la fuerza,
flexibilidad y poco peso de nanotubos de
carbón hace que podrían servir como
andamios capaces de suportar a los huesos y ayudar a
víctimas de osteoporosis y
huesos rotos.

Los científicos describen su descubrimiento en un
artículo publicado por la revista
Chemistry of Materials de la American Chemical Society. Los
resultados podrían suponer mayor flexibilidad y fuerza de
huesos artificiales y prótesis,
además de avances en el tratamiento de la enfermedad
osteoporosis.

Según el director de la revista, la
investigación es importante porque indica un posible
camino para la aplicación de nanotubos de carbón en
el tratamiento médico de huesos rotos.

Actualmente, las estructuras de hueso artificial se
fabrican utilizando una gran variedad de materiales, tales como
polímeros o fibras de péptido, pero tienen la
desventaja de carecer de fuerza y el riesgo de ser
rechazados por el cuerpo humano.
Sin embargo, los nanotubos de carbón son excepcionalmente
fuertes, y existe menos posibilidad de rechazo por su carácter orgánico.

El tejido óseo es un compuesto natural de fibras
de colágeno y hidroxiapatita cristalina, un mineral basado
en fosfato de calcio. Los investigadores han demostrado que los
nanotubos de carbón pueden imitar la función de
colágeno y actuar como un andamio para inducir el
crecimiento de cristales de hidroxiapatita. Al tratar los
nanotubos químicamente, es posible atraer iones de calcio
lo que fomenta el proceso de cristalización y mejora la
biocompatibilidad de los nanotubos al aumentar su
hidrosolubilidad.

3.3.4 NANOROBOTS EN LA MEDICINA

3.3.4.a Definición

Aunque todavía no se han fabricado nanorobots,
existen múltiples diseños de éstos, incluso
no pueden ser del todo robots es decir pueden hasta ser
modificaciones de células normales llamadas también
células artificiales. Las características que
éstos deben de cumplir, entre las que se pueden
mencionar:

3.3.4.b Tamaño

Como el nombre lo indica, los nanorobots deben de tener
un tamaño sumamente pequeño, alrededor de 0.5-3
micras ( 1micra=1*10-6) más pequeños que los
hematíes (alrededor de 8 micras.

3.3.4.c Componentes

El tamaño de los engranes o los componentes que
podría tener el nanorobot seria de 1-100 nanómetros
(1nm=1*10-9) y los materiales variaría de diamante como
cubierta protectora, hasta elementos como nitrógeno,
hidrógeno, oxigeno,
fluoruro, silicón utilizados quizás para los
engranes

3.3.4.d Nanorobots
inmunológicos

El sistema inmune de
nuestro cuerpo es el encargado de proporcionar defensas contra
agentes extraños o nocivos para nuestro cuerpo, pero como
todos los sistemas éste siempre no puede con todo. Entre
estas deficiencias se encuentra que muchas veces no responde
(como es el caso con el SIDA) u tras
veces sobreresponde (en el caso de enfermedades
autoinmunitarias). Cabe decir que los nanorobots estarán
diseñados para no provocar una respuesta inmune,
quizás las medidas que tienen estos bastaran para no ser
detectados por el sistema inmune. La solución que ofrece
la nanomedicina es proporcionar dosis de nanorobots para una
enfermedad especifica y la subsecuente reparación de los
tejidos dañados, substituyendo en medida a las propias
defensas naturales del organismo.

3.3.4.e Nanorobots en la piel

Parece que con billones de nanorobots que se implantan
en el cuerpo humano y que recopilan información del estado de todo nuestro
cuerpo, órganos, músculos, huesos, corazón,
etc. para disponer de mucha información y poder hacer un
análisis en tiempo real de
alto nivel.

Como nos citan en Xataka: "Para mostrar el
análisis, algunos de estos nanorobots se colocarían
sobre la mano o el antebrazo, a unas 200 o 300 micras por debajo
de la piel, y
alimentándose a partir de la glucosa y el
oxígeno de nuestro propio cuerpo (menudos
parásitos) formarían un pequeño
rectángulo de unos 5×6 centímetros.
podrían lucir en diversos colores gracias a
una especie de diodos que
vendrían integrados con los nanorobots, pero cuando se
"apagasen" la piel volvería a lucir su color
normal."

Freitas ha diseñado también los
microbívoros, fagotitos mecánicos concebidos
para destruir cualquier microbio de nuestro torrente
sanguíneo. Utilizando un protocolo
digestivo y de descargas actuarán, según estima su
creador, hasta 1000 veces más rápido que las
defensas naturales.

3.3.5 TRATAMIENTO CONTRA EL
CÁNCER

3.3.5.a Generalidades

El equipo de Nanospectra ha logrado desarrollar
nanopartículas de cristal bañadas en oro capaces de
invadir un tumor y, cuando se calientan a través de un
sistema remoto, capaces de destruirlo.

La clave del alto grado de efectividad de este nuevo
avance se deriva de las dimensiones de las partículas. Las
nanopartículas tienen un diámetro de 150
nanómetros, que según el equipo de Nanoespectra, es
el tamaño ideal para que puedan atravesar los vasos
sanguíneos agujereados de un tumor. Esto podría
permitir que las partículas se acumulasen en el tumor
más que en otros tejidos. Cuando se dirigen rayos de
luz
infrarrojos a la localización del tumor, bien desde el
exterior, o bien a través de una sonda, las
partículas absorben la luz y se calientan. El resultado es
que los tumores se calientan más que los otros tejidos
alrededor, y se mueren.

En el primer estudio realizado por la empresa, los
tumores en ratones injertados con las nanopartículas
desaparecieron a los seis días después de
aplicarles el tratamiento de los rayos infrarrojos.

Aunque la aplicación de rayos infrarrojos de luz
ha sido utilizada en el campo de la medicina como una herramienta
para mostrar imágenes, este nuevo avance científico
supone la primera vez que se aplican rayos infrarrojos para
calentar a los tejidos.

En teoría, este nuevo avance tecnológico
podría ayudar a eliminar aquellos tumores que caracterizan
el cáncer de pecho, próstata y pulmón. La
nanotecnología se sumaría así a otros
tratamientos contra los cánceres más convencionales
como la quimioterapia y la radioterapia. Y, según el
presidente de Nanospectra Donald Payne, este nuevo método
sería una "herramienta mucho menos tóxica para la
caja de herramientas
de los cirujanos".

3.3.5.b En la afección de mamas

Investigadores de la Universidad de Cambridge
identificaron cuatro genes responsables del desarrollo del
cáncer de
mama. Un equipo de investigación sobre cáncer
de esta universidad utilizó una moderna tecnología,
llamada de micromatriz del ADN, que consiste en unos microchips
capaces de estudiar la actividad de cientos de genes al mismo
tiempo.
Fuentes del
equipo investigador informaron de que, antes de que se completara
el mapa genético humano, esta investigación
habría requerido años, puesto que sólo se
podía estudiar un gen al tiempo.
La identificación de los genes causantes del cáncer
de mama es vital para encontrar nuevas y mejores formas de
combatir la enfermedad.
Los científicos examinaron tejidos de 53 tumores
así como células de cáncer de mama creadas
en laboratorio, y
concentraron la búsqueda en un grupo concreto de
genes del cromosoma ocho, implicados en el desarrollo del
cáncer. A continuación utilizaron la técnica
de micromatriz del ADN para averiguar cuáles de entre los
centenares de genes parecían estar implicados de forma
activa en el desarrollo de los tumores.
De este modo identificaron los genes FLJ14299, C8orf2, BRF2 y
RAB11FIP.
Carlos Caldas, responsable de la investigación,
explicó que el resultado "no es sólo un avance
apasionante para comprender cómo se desarrolla el
cáncer de mama, sino que anuncia una nueva era
revolucionaria en el descubrimiento de genes relacionados con la
enfermedad".
También anunció que "el próximo paso
será observar la función de estos genes para ver
qué papel juegan en el cáncer de mama". Una de cada
nueve mujeres en todo el mundo desarrolla cáncer de mama a
lo largo de su vida.

3.3.6 EN LOS FÁRMACOS

3.3.6.a Capsulas que Navegan por la
Sangre

El matrimonio entre
medicina y nanotecnología se está convirtiendo en
una pesadilla para el cáncer. El combate de la
enfermedad a escala molecular permite detectar precozmente la
enfermedad, identificar y atacar de forma más
específica a las células cancerígenas. Por eso, el Instituto
Nacional del Cáncer de Estados Unidos
(NCI) ha puesto en marcha la "Alianza para la
nanotecnología en el cáncer", un plan que incluye
el desarrollo y creación de instrumentos en miniatura para
la detección precoz.
En la
administración de medicamentos, las nuevas
técnicas son ya un hecho. "Los nanosistemas de
liberación de fármacos actúan como
transportadores de fármacos a través del organismo,
aportando a estos una mayor estabilidad frente a la
degradación, y facilitando su difusión a
través de las barreras biológicas y, por lo tanto
el acceso a las células diana", explica María
José Alonso, investigadora de la Universidad de
Santiago de Compostela, que trabaja en esta línea desde
1987. En el tratamiento del cáncer, asegura, "estos
nanosistemas facilitan el acceso a las células tumorales y
reducen la acumulación del fármaco en las
células sanas y, por tanto, reducen los efectos
tóxicos de los antitumorales".
Desde Estados Unidos, el nanotecnológo James Baker
ha desarrollado otra alternativa basada en unas moléculas
artificiales conocidas como dendrímeros. Se trata
de estructuras tridimensionales ramificadas que pueden
diseñarse a escala nanométrica con extraordinaria
precisión. Los dendrímeros cuentan con varios
extremos libres, en los que se pueden acoplar y ser transportadas
moléculas de distinta naturaleza,
desde agentes terapéuticos hasta moléculas
fluorescentes. En su estudio, Baker aplicó una poderosa
medicina contra el cáncer, metotrexato, a algunas ramas
del dendrímero. En otras, incorporó agentes
fluorescentes, así como ácido fólico o
folato, una vitamina necesaria para el funcionamiento celular.
"Es como un caballo de Troya. Las moléculas del
folato en la nanopartícula se aferran a los receptores de
las membranas celulares y éstas piensan que están
recibiendo la vitamina. Al permitir que el folato traspase la
membrana, la célula también recibe el
fármaco que la envenena", señaló el
investigador.

3.3.7 EN CUANTO A LOS LABORATORIOS

3.3.7.a Laboratorios en un Chip

Las enfermedades infecciosas son otro de los
grandes objetivos de
la medicina actual. Por eso, la profesora Alonso y su equipo han
desarrollado también nanopartículas que permiten
administrar, en forma de simples gotas nasales, algunas
vacunas que hasta ahora debían inyectarse. Su
eficacia ha sido demostrada, hasta el momento, para las vacunas
anti-tetánica y anti-diftérica. "Recientemente,
hemos propuesto estas tecnologías al concurso de ideas
promovido por la Fundación Bill & Melinda Gates para
resolver los grandes problemas de salud del tercer mundo",
añade la investigadora. "Nuestra idea para administrar de
esta forma la vacuna de la Hepatitis B fue
una de las seleccionadas de un total de 1.500 presentadas".
No menos importante es la batalla que en estos momentos se libra
en todo el mundo contra la diabetes, y en la que la
nanotecnología tiene mucho que decir. Las
nanopartículas desarrolladas por Alonso y su equipo
están siendo utilizadas en experimentos en
la clínica para estudiar su uso como vehículos para
administrar insulina por vía oral, nasal o pulmonar. Por
su parte, la doctora Tejal Desai, profesora de
bioingeniería en Boston, ha creado un dispositivo que
puede ser inyectado en el torrente sanguíneo y actuar como
páncreas artificial, liberando insulina. La técnica
desarrollada por esta investigadora consiste en encapsular
células que producen la insulina en contenedores con
paredes con nanoporos, que por su tamaño sólo
pueden ser atravesados por moléculas como el
oxígeno, la glucosa o la insulina. De esta forma, las
paredes de la cápsula impiden que estas células
productoras de insulina sean reconocidas como extrañas por
los anticuerpos, mientras que los poros permiten la
liberación de la insulina y la entrada de nutrientes, como
azúcares y nutrientes. La innovadora técnica tiene
potencial para la cura de otras enfermedades tales como la
enfermedad de Parkinson, por
medio de la liberación de dopamina en el cerebro, o el
Alzheimer.

3.3.7.b Afinar el Diagnóstico

Si las terapias están experimentando cambios
drásticos, el diagnóstico no se queda atrás. De la
mano de la nanotecnología nos adentramos en la era del
diagnóstico molecular, sofisticado y preciso, que hace
posible identificar enfermedades genéticas, infecciosas o
incluso pequeñas alteraciones de proteínas de forma
precoz.
No en vano, esta disciplina ha
contribuido a la creación de biochips, que permiten
la obtención de grandes cantidades de información
trabajando a una escala muy pequeña. Con los biochips a
nanoescala es posible conseguir en poco tiempo abundante
información genética -tanto del individuo como
del agente patógeno-, que permitirá elaborar
vacunas, medir las resistencias
de las cepas de la tuberculosis a
los antibióticos o identificar las mutaciones que
experimentan algunos genes y que desempeñan un papel
destacado en ciertas enfermedades tumorales, como el gen p53 en
los cánceres de colon y de mama.
El desarrollo de sensores a escala molecular parece no tener
límites. Hace poco, un equipo de
científicos de la Universidad de Harvard descubría
que se pueden utilizar hilos ultrafinos de silicio para detectar
la presencia de virus individuales, en tiempo real y con
una gran precisión. Charles M. Lieber, profesor de
Química en Harvard y coautor del descubrimiento, asegura
que las posibilidades de estos detectores, que pueden ser
ordenados en matrices
capaces de detectar literalmente miles de virus diferentes,
"podrían introducirnos en una nueva era en materia de
diagnósticos, seguridad
biológica y respuestas a brotes víricos". En el
ambiente
clínico, la extremada sensibilidad de las matrices de
nanohilos permitiría detectar infecciones virales
en sus primeros estadios, cuando el sistema inmunológico
aún es incapaz de actuar.

3.3.8 LA PRIMERA NANOVÁLVULA

Se ha fabricado la primera nanoválvula que puede
abrirse y cerrarse a voluntad para atrapar o liberar
moléculas. Entre sus incontables aplicaciones, una
sería el suministro de fármacos con la
máxima precisión posible.
El desarrollo del dispositivo, fruto de la labor de
químicos de la Universidad de California en Los Angeles
(UCLA), ha sido financiado por la National Science
Foundation.

La nanoválvula es un sistema mecánico que
podemos controlar a voluntad, como lo haríamos con un
grifo. Atrapar la molécula en su interior y cerrar la
válvula herméticamente constituyó sin
embargo un desafío. Las primeras válvulas
producidas por los investigadores "goteaban" ligeramente.
La nanoválvula consiste en partes móviles adheridas
a una pieza diminuta de cristal (sílice porosa) que mide
aproximadamente 500 nanómetros y cuyas dimensiones los
investigadores tratan de reducir en la actualidad. Los poros
diminutos en el cristal tienen dimensiones de sólo unos
pocos nanómetros.
La válvula se diseña para que un extremo se adhiera
a la apertura del agujero que se bloqueará y
desbloqueará, y el otro extremo tiene las moléculas
cuyos componentes móviles bloquean el agujero en la
posición hacia abajo y lo abren en la posición
hacia arriba. Los investigadores usaron energía
química involucrando a un solo electrón como
suministro energético para abrir y cerrar la
válvula, y una molécula luminiscente que les
permite decir por la luz emitida si la molécula se
encuentra atrapada o se ha liberado.

Las moléculas que trabajan como partes
móviles son moléculas compuestas de una "pesa" con
dos posiciones, entre las cuales un componente en forma de anillo
puede moverse hacia delante y hacia atrás de modo lineal.
Estas partes móviles también pueden ser usadas en
electrónica molecular.
Lo esencial es que se puede tomar una molécula bioestable
que se comporte como un interruptor en un dispositivo
electrónico basado en silicio, y fabricarla de modo
diferente para que trabaje como parte de una nanoválvula
en sílice porosa. Ello muestra que tales
pequeñas piezas de maquinaria molecular son muy adaptables
y llenas de recursos, y que los nanoingenieros pueden moverse por
el nanomundo con el mismo juego de
herramientas moleculares y adaptarlas a las diferentes
necesidades, según la demanda.

3.3.9 LA NANOTECNOLOGÍA EN LA INSUFICIENCIA
RENAL

Según un artículo en la revista Medical
News Today, un equipo de científicos ha utilizado
nanotecnología para desarrollar un filtro de nefronas para
humanos (HNF) que podría hacer posible la
fabricación de riñones artificiales para su
implantación en personas con insuficiencia
renal sustituyendo terapias convencionales como la
implantación de riñones de donantes así como
los métodos de diálisis convencionales.

El filtro HNF sería la primera aplicación
hacia el eventual desarrollo de una nueva terapia de
implantación renal para pacientes en la última fase
de insuficiencia renal crónica.
El filtro HNF utiliza un sistema único creado mediante
nanotecnología aplicada. En el aparato ideal para terapia
de reemplazo renal (RRT), esta tecnología se usaría
para copiar el funcionamiento de riñones naturales,
operando sin parar y de acuerdo con las necesidades particulares
de cada paciente. Funcionando 12 horas diarias 7 días de
la semana, la tasa de filtración del filtro HNF es dos
veces la de hemodiálisis convencional que se administra
tres veces a la semana.

Según los investigadores, el sistema HNF, al
eliminar el dialisate y utilizar un sistema de membrana
innovador, supone un gran avance en el campo de terapias de
reemplazo de riñón basadas en el funcionamiento de
riñones nativos. La mejor tasa de eliminación
además del diseño funcional que permite insertarlo
sin problemas debería contribuir a una mejora en la
calidad de la vida de pacientes con insuficiencia renal
crónica.
Los científicos pretenden iniciar las primeras pruebas con
animales
dentro de 1-2 años para luego pasar a la
organización de pruebas clínicas.

3.3.10 LA NANOTECNOLOGÍA EN LA
NEUROCIENCIA

Un equipo de científicos del MIT y de las
universidades de Nueva York y Tokio ha demostrado cómo se
podría entrar en el cráneo y llegar al cerebro a
través de la conexión de una red de nanocables de
polímero a vasos sanguíneos en el
cuello.

Hoy en día los métodos quirúrgicos
modernos para implantar aparatos electrónicos que sirvan
para estimular el corazón y corregir ritmos
cardíacos anormales se han convertido en rutina. Pero
llegar al cerebro de la misma manera, sin destrozar las neuronas
en el proceso, plantea mucha más dificultad.

Aunque últimas técnicas permiten la
instalación de electrodos en el cerebro para restaurar
sentidos como la vista o el oído,
frenar los temblores de la enfermedad de Parksinson, el
método utilizado, es decir romper el cráneo,
daña tejidos cerebrales sanos, crea un riesgo de
infección y deja cables que sobresalen de su cabeza. Y a
lo largo del tiempo, se desarrolla tejidos de cicatriz alrededor
de los electrodos, aislándoles del tejido cerebral
activo.

Pero a través de un trabajo de
investigación publicado en The Journal of Nanoparticle
Research, el citado equipo de científicos proponen un
nuevo procedimiento
para llegar al cerebro sin tocar el cráneo. Se trata de un
método para conectar los electrodos a pequeñas
agrupaciones de células cerebrales (o incluso neuronas
individuales), utilizando el sistema
cardiovascular como el conducto por el que se hilan los
nanocables.

Los investigadores estiman que dentro de aproximadamente
una década, será posible insertar un catéter
en una gran arteria y dirigirlo por el sistema
circulatorio hasta el cerebro. Una vez llegue a su destino,
un conjunto de nanocables se extenderían en un "ramo" con
millones de diminutas sondas que podrían utilizar los
25.000 metros de capilares del cerebro como una vía para
llegar a destinos específicos dentro del cerebro.
En sus experimentos los científicos maniobraron nanocables
de platino a través de los vasos sanguíneos en
muestras de tejido humano y detectaron la actividad
eléctrica de las células cerebrales activas
colocadas al lado del tejido. Paralelamente crearon programas y
soportes informáticos que podrían funcionar como un
tipo de conversión de analógico a digital,
convirtiendo señales
emitidas por el cerebro en señales digitales y
viceversa.
Desde entonces, los investigadores centran sus esfuerzos en
cómo crear un conector suficientemente pequeño en
una punta para llegar a cualquier neurona sin
obstruir el flujo sanguíneo, pero suficientemente grande
en la otra punta para conectar con instrumentos con el fin de
grabar o enviar pulsos eléctricos. La solución que
han encontrado el equipo ha sido sustituir los nanocables de
platino por nanocables de polímeros, que además de
ser mucho más baratos, pueden ser convertidos en cables
mucho más finos y flexibles.
Actualmente los científicos investigan un proceso que
permita la fabricación de nanocables de polímero
que miden tan solo 100 nm. Creen que un nanocable de este tipo
podría ser "dirigible" y que se le podría guiar por
uno de los vasos sanguíneos menores que salen de los
más grandes. Otra ventaja de este tipo de cables de
polímero es que son biodegradables así que
podrían ser utilizados para estudios cortos o
diagnósticos, porque luego se
decompondrían.

3.3.11 EUROPA APUESTA
POR LA NANOMEDICINA

La tecnología que actúa en la escala de lo
minúsculo ha llegado a la medicina, con aplicaciones tan
espectaculares como nanopartículas para llevar
fármacos donde se necesitan o nuevos materiales capaces de
comunicarse con las células e inducir la
regeneración de los tejidos. Los científicos
avanzan en este campo y tienden una mano a la industria.

Una proteína mide unas diez millonésimas
de milímetro, o nanómetros; un virus medio, cien
nanómetros; el núcleo de una célula humana,
mil nanómetros. Son dimensiones hasta hace poco
sólo accesibles con unas pocas técnicas complejas,
pero la nanotecnología ya permite manipular directamente
la materia a esas escalas, y eso ha disparado la creatividad de
los investigadores, por ejemplo, en el área de la
medicina. La UE apuesta tan fuerte por esta visión que
considera la nanomedicina un área de investigación
prioritaria y se esfuerza en atraer a ella a la
industria.

Ése fue el objetivo principal del congreso
Euronanofórum sobre nanomedicina celebrado en Edimburgo
(Reino Unido), patrocinado por la Comisión Europea. La
nanotecnología es una macroárea de
investigación calificada de estratégica que recibe
1.300 millones de euros del actual Programa Marco de
Investigación europeo (casi el 7,5% del total). Pero dos
fantasmas
amenazan el éxito
de la inversión: la aún escasa
implicación del sector privado europeo en I+D en
nanotecnología y la posibilidad de que el público
rechace los productos nano, como pasó con los
transgénicos.

Los organizadores del Euronanofórum lo dejaron
claro. "Europa destina a nanotecnología más fondos
públicos que Estados Unidos, pero ellos invierten
más en total, por la aportación privada. Por tanto,
aquí hemos venido a vender a la industria que esto es una
buena inversión. Esto es por donde va la medicina del
futuro", dijo Octavi Quintana, director de Salud de la Dirección General de Investigación
de la Comisión Europea. Con o sin industria, los
investigadores europeos sí parecen estar en la onda
nano. "El año pasado, todas las palabras eran con
omics -genómica, proteómica…-, pero ahora
el prefijo de moda es
nano", dijo Shimshon Belkin, de la Universidad Hebrea de
Jerusalén. La nanomedicina augura mejoras en tres
áreas: diagnóstico, tratamiento y medicina
regenerativa.

En el diagnóstico, el acceso al mundo a escalas
de millonésimas de milímetro debería
permitir detectar la enfermedad en los estadios más
tempranos posibles, idealmente al nivel de una sola
célula. En esa línea -aunque aún lejos de
ese sueño-, una idea ya bastante avanzada es desarrollar
chip-laboratorios, pequeños dispositivos capaces de
albergar numerosos sensores distintos, útiles para varias
pruebas diagnósticas a la vez. La versión futurista
de estos biochips son las pastillas-laboratorio,
que el paciente ingiere para que vaya transmitiendo datos a medida
que avanza por el organismo.

También para diagnóstico, Belkin expuso en
Edimburgo su trabajo en biosensores con células vivas,
modificadas genéticamente para detectar la presencia de
numerosos compuestos -toxinas, contaminantes o venenos- y alertar
de su presencia, por ejemplo, con fluorescencia. Y en la red de
excelencia europea Nano2Life, formada por 23 institutos de 12
países y dirigida sobre todo a la tercera edad, se
persigue el desarrollo de nanosensores que se llevan puestos.
"Los resultados podrán leerse desde la clínica,
para tener controlado al paciente mientras éste hace su
vida normal", explicó Patrick Boisseau, de CEA-Leti en
Francia.

Stephan W. Hell, del instituto Max Planck para
Biofísica Química en Gottingem (Alemania),
presentó un microscopio óptico cuya capacidad para
distinguir detalles, la resolución, no está
limitada por la propia longitud de onda de la luz visible.
Contradice así una ley física formulada en
el siglo XIX y nunca cuestionada hasta ahora. La técnica
de Hellutiliza muestras previamente preparadas que sean
fluorescentes; detectar esta fluorescencia tras iluminar la
muestra es lo que permite aumentar la resolución del
microscopio hasta unos sesenta nanómetros, cuando lo
máximo con otras técnicas ópticas es de 200
nanómetros.

El objetivo de las terapias con nanomedicina
también es, como en el diagnóstico, máxima
precisión: "Queremos que los medicamentos lleguen
sólo a las células afectadas, porque cuanto
más focalizado es el tratamiento, más efectivo es y
con menos efectos secundarios", asegura Quintana.

En el congreso hubo novedades muy avanzadas. Desde
partículas cristalinas recubiertas de biomoléculas,
pensadas para administrar fármacos por inhalación,
hasta aquéllas cuya acción
terapéutica puede ser activada externamente -por campos
magnéticos, láser,
rayos X o
incluso ondas
acústicas-, o las que se inyectan en un tumor, por
ejemplo, y liberan el fármaco poco a poco. Jackie Y. Ying,
del Instituto de Bioingeniería y Nanotecnología de
Singapur, presentó nanopartículas que descargan
insulina en función de los niveles de azúcar
en sangre del
paciente, que pueden detectar.

Pero los objetivos son ambiciosos, y los avances,
lentos. Aún queda mucho para que estas estructuras
funcionen realmente como esa añorada bala
mágica -o misil inteligente– que destruye
selectivamente células tumorales, por ejemplo. No
está resultando fácil conseguir que las
nanopartículas reconozcan sus células de destino,
ni que aprendan a sortear las propias células defensivas
del organismo. Además, "la citotoxicidad de las
nanopartículas o de sus productos de degradación
sigue siendo un problema fundamental", señaló
Costas Kiparissides, director del Instituto de
Investigación en Ingeniería de Procesos
Químicos en Tesalónica, Grecia.

En cuanto a la medicina regenerativa, no puede avanzar
sin nuevos nanomateriales que sirvan de soporte a las
células y tejidos en crecimiento. "La ingeniería de
tejidos pasa por colonizar un molde o matriz hecha
de un material poroso, biodegradable, con células donadas
, que proliferan y simulan lo que ocurre naturalmente en los
tejidos", explicó Alessandra Pavesio, de la empresa italiana
Fidia Advances Biopolymers.

Estos moldes colonizados se implantan en el paciente y
con el tiempo son reemplazados por tejido normal, con vasos y
nervios. Se buscan, pues, materiales porosos que permitan la
difusión de líquidos y faciliten la
vascularización rápida del nuevo tejido implantado.
Este enfoque ya se usa hoy en la clínica con piel,
cartílago y hueso, pero se quiere mejorar recurriendo,
entre otras cosas, a células madre adultas del paciente
como fuente de células, y a moléculas que induzcan
a la regeneración.

Pero para 2020 se aspira a algo más complejo,
como explica Josep Planell, director del Centro de Referencia de
Bioingeniería de Cataluña: "Queremos llegar a la
ingeniería de tejidos sin células, es decir,
implantar material que lleve los elementos de
señalización biológica naturales que inducen
al tejido a regenerarse".

Los organizadores del congreso pusieron mucho
énfasis en transmitir seguridad. Hay evidencias de
que algunas nanopartículas provocan daños
neurológicos en animales, y también de que pueden
comportarse como los asbestos, cancerígenos. La idea de
que haya nanopartículas dispersas de forma incontrolada en
el ambiente ha generado debate en
algunos países. Para analizar el problema, el VI Programa
Marco financia el proyecto
Nanosafe.