La nanotecnología en la medicina

Resumen

En la actualidad nos encontramos inmersos en una
avalancha de avances tecnológicos, y entre ellos, el campo
de la medicina ha sido uno de los mas beneficiado de estos
avances, dando nuevas herramientas para el tratamiento y el
diagnostico precoz de enfermedades degenerativas, mediante el uso
de dispositivos médicos en escala nanométrica, los
cuales reciben en nombre de nanodispositivos y nanosistemas.
Estos dispositivos están en el margen de los nanometros
los cuales se puede definir como la unidad del metro dividido en
mil millones de partes, estos elementos al ser manipulados en una
escala tan pequeña cambian sus propiedades físicas,
químicas y biológicas.

Abstract—Currently we are in a wave of techno-
logical advances including such as medicine, which has been one
of the biggest beneficiaries of these developments, providing new
tools for early diagnosis and treatment of degenerative diseases,
medical device using the scale of nanometer, which receive on
behalf of the nanodevices and nanosystems. These devices are in
the nanometer range can be defined as the unit of meter divided
in one billion of parts, these elements being manipulated at this
scale can produce changes in physical, chemical and biological
properties.

Index Terms—Nanotecnología, Nanosistemas,
dendrímeros, na- noemulsión.

I.
INTRODUCCIÓN

El termino nanotecnología se desarrolla a partir
de una conferencia dada por Richard Fleyman en 1959 en el
Institute of technology de California, en el cual citaba la
posibilidad de manipular la materia con estructuras del
tamaño de una mil millonésima parte de un metro,
aseguraba que daría como resultado materiales y
estructuras revolucionarias[8], [9], [7].

Figura 1. Nano escala

Por tanto la nanotecnología modifica, y trabaja
con elementos orgánicos e inorgánicos
miniaturizados a una escala en el orden de 1 a 100 nm ,
tamaño en el cual las propiedades físicas,
químicas y biológicas de dichos materiales son
modificadas drásticamente, permitiendo interacciones
celulares y moleculares especificas[1], [4], [3], [9].

II.
NANOMEDICINA

La nanomedicina es la aplicación de la
nanotecnología en la monitorización,
reparación, construcción y control de componentes y
funciones biológicas mediante el uso de sistemas en nano
escala, de esta manera permite diagnosticar, prevenir y tratar
afecciones de salud [4], [3], [5], [8].

La mayoría del desarrollo de la
nanotecnología esta enfocado en el tratamiento y
prevención de enfermedades de mayor impacto de
países desarrollados, tales como enfermedades
cardio-vasculares, cáncer, diabetes, insuficiencia renal y
VIH[2], [8].

III.
NANOSISTEMAS

Un nanosistema o nanodispositivo biológico es una
nano- partícula que colocada en una célula es capaz
de emitir señales cuando se produce un cambio de
funcionamiento [1].

A continuación se citan algunos de los
nanodispositivos en los cuales se ha invertido mayor
investigación.

III-A. Dendrímeros

Proviene de la palabra griega dendron(árbol) y
mer(segmento), estas son moléculas poliméricas
esféricas compuestas por un núcleo central, las
funciones útiles de estos nanodispositivos esta
relacionada con las moléculas que se le agreguen a esta
estructura molecular, la estructura de los dendrímeros son
similares a las de algunas estructuras orgánicas[1], [4],
[6].

Los dendrímeros son utilizados para la
detección de ciertas proteínas y sustancias
producidas por la presencia de las enfermedades, entre estas el
cáncer [1].

Figura 2. Esquema de un
dendrímero

El uso de varios dendrímeros da lugar a la
creación de un dispositivo mas avanzado llamado
tectodendrímero el cual puede realizar operaciones mas
complejas; pero para desarro- llar estos dispositivos requieren
procesos largos y complejos, a pesar de esto, los
científicos encontraron una manera de crearlos,
uniéndolos a estructuras de ADN, puesto que estas les
facilita en proceso de unión ya que tienden a unirse con
su estructura complementaria. [1].

Figura 3.
Tectodendrímero

III-B. Nanoemulsiones

Sabiendo que los Bacilos producen infecciones severas
aun en condiciones extremas, se ha creado nanoemulsiones micro
bacterianas, estas nanoemulsiones son una mezcla de agua en
aceite con sus componentes activos en escala nanométrica,
además sus componentes son aprobados por FDA ; existen
varias formas de administración y de uso de las
nanoemulsiones, entre estas: vía tópica,
intramuscular, subcutánea e inhalada. Actualmente las
nanoemulsiones se están utilizando para la
destrucción de Salmonella en alimentos contaminados [1],
[4], [10].

III-C. Gotas cuánticas

Es un conjunto de cientos de átomos de la familia
II, III IV y V de la tabla periódica, cubierto
externamente por sustancias solventes, la característica
de estos dispositivos en que tienes las propiedades
ópticas y electrónicas de emitir fluorescencia, y
debido a dicha propiedad y su escala nanométrica pueden
ser administradas por vía intravenosa, dando así la
posibilidad de estudiar procesos celulares y la dinámica
de la membrana neuronal [4][10][9].

Figura 4. Estructura de las Gotas
Cuánticas

IV. APLICACIONES
DE LA NANOTECNOLOGÍA

IV-A. Diagnostico temprano

En el campo mas utilizado es la imaginología
medica, tales como resonancia magnética, radiología
y tomografía, los nano- dispositivos son utilizados como
agentes de contraste, pero a diferencia de los tradicionales,
estos dispositivos tienen mejora capacidad de dispersión,
incremento de biocompatibilidad y mayor capacidad de ligado en
las células, permitiendo así una mejor imagen y
posterior mas especifico tratamiento; además el avance
tecnológico a permitido crear nanopartículas
superparamagneticas de oxido de hierro, permitiendo mayor
sensibilidad en las resonancias magnéticas[3].

IV-B. Tratamiento de enfermedades cardio
vasculares

Una de las enfermedades que mas afecta a los
países desarrollados son las enfermedades cardio
vasculares, por ello se ha invertido grandes sumas monetarias a
la investigación en cuanto al tratamiento y
prevención de estas enfermedades se refiere.

Gracias a la utilización de nano
partículas se puede detectar lesiones de arteriosclerosis,
dado que las nanopartículas se unen a factores producidos
por la activación de la placa arteriosclerótica, de
la misma manera las nanopartículas son capaces de
administrar medicamentos para inhibir las células que
llevan a fallas cardíacas [3].

En el caso de que el paciente ya tenga síntomas
de alguna enfermedad cardio vascular, las nanopartículas
pueden ser administradas con genes de crecimiento, haciendo que
el cuerpo produzca proteínas terapéuticas
[3].

IV-C. Cambio de forma de administrar algunos
medicamentos

Algunos medicamentos tales como: insulina, hormonas,
vacunas entre otros, no pueden ser administrados vía oral
dado a que son de fácil degradación, tienen baja
absorción y su vida media es corta, pero gracias al uso de
nanoesferas y nanocapsulas se logrará su
administración vía oral, además de reducir
los efectos secundarios tales como la irritación de la
mucosa gastrointestinal, la toxicidad y las inmunización,
dando la posibilidad de mejorar la estabilidad del compuesto
activo de los medicamentos[3].

IV-D. Control de infecciones

Al ser posible la administración por vía
oral de ciertas vacunas, gracias a la utilización de
nanoemulsiones se puede prevenir de manera mas fácil y
eficiente la infección para la cual esta hecha la vacuna;
Se ha desarrollado también nanopartículas
relacionadas con la asepsia y la inactivación de agentes
infecciosos en los hospitales[4].

IV-E. Control de sangrado

El proceso de hemostasia tradicional implica el vaso
sanguíneo afectado y además las células
sanas adyacentes, el proceso se realiza quitando el suministro de
oxigeno del vaso afectado, pero al estar ligado a las
células sanas de su alrededor puede producir otro tipo de
fallas; Con la nanotecnología se han desarrollado
soluciones nanohemostáticas, las cuales disminuyen
notablemente el tiempo del sangrado y no afecta a las
células adyacentes las cuales puede servir como materia
prima en el proceso de regeneración del tejido
dañado[3],

IV-F. Nanocirugía

En este campo se ha desarrollado herramientas para
cirugía nanométricas, es decir intervenciones
quirúrgicas a nivel celular, entre estos dispositivos se
tiene sistemas láser, nanojerigas, nanopinzas,
nanoalambre, entre otros, por ejemplo el sistema láser
puede se utilizado con pulso en el orden de los nano joules
durante femtosegudos, esto permite manipular estructuras a nivel
celular tales como cito esqueletos, mitocondrias, cromosomas
entre otras [3].

V. LA
NANOTECNOLOGÍA Y EL CÁNCER

Sin lugar a duda uno de los campos mas promisorios en
cuanto a la utilización de esta tecnología es en el
tratamiento contra en cáncer, teniendo como objetivos
principal el diagnostico temprano y el tratamiento especifico
hacia las células cancerígenas sin dañar a
las células sanas que se encuentran alrededor
[4].

Mediante la utilización de las gotas
cuánticas y otras sustancias fluorescentes se ha podido
reconocer las células cancerígenas en etapa
temprana; también se ha identificado las causas del
cáncer mediante nanosensores que detectan mutación
genética [1], [4], [6].

Dado a que los nanodispositivos están programados
y cuentas con una inteligencia son capaces de detectar las
células cancerígenas y atacarlas, pero teniendo la
gran ventaja de no afectar a las células sanas que se
encuentran alrededor, en la figura se muestra como se transporta
y se aplica los fármacos a nivel de nano escala[1],
[4].

Figura 5. Liberación de
Fármacos Dendricos

En cuanto a la detección temprana de esta
enfermedad los científicos han determinado algunas
proteínas características presentes en el
cáncer por lo que la utilización de
dendrímeros se vuelve papel fundamental [1].

VI. LA
NANOTECNOLOGÍA Y LA NASA

Investigadores de la NASA buscan prevenir y tratar los
efectos causados por la radiación, que se suscitan en
viajes espaciales; Los astronautas serán inyectados con
dosis de tectodendrímeros los cuales tienen varias
funciones dentro del organismo, y su vez se le coloca un
dispositivo en oído que receptará las
señales emitidas por los dendrímeros
[1].

Los dendrímeros ya dentro del cuerpo del
astronauta evaluarán el estado de las células y sus
cambio característicos al ser expuestas a la
radiación, instantáneamente este dendrímero
emitirá fluorescencia cuando se suscite algún
cambio en las estructura de las células, es aquí
donde interviene el dispositivo colocado en el oído, este
dispositivo es capaz de contar las células que emiten
fluorescencia de la sangre que fluye por los capilares del
tímpano, y su vez este dispositivo enviará mediante
señal inalámbrica un reporte al computador central
de la nave que tomará acciones correctivas[1].

De la misma manera los nanodispositivos dentro del
cuerpo del astronauta serán capaces de liberar encimas con
el fin de curar partes dañadas, y haciendo que funcionen
nuevamente[1].

VII.
CONCLUSIONES

La nanomedicina se esta convirtiendo en una oportunidad
de vida para las generaciones futuras y gracias al hecho de que
se esta invirtiendo grandes sumas de dinero en el desarrollo y la
investigación es muy posible que nuestra generación
también sea la receptora de estos avances.

Como se sabe, muchos de los avances tecnológicos
que fueron desarrollados por la NASA son ahora aplicaciones para
el mundo en general, lo que me lleva a decir que en un futuro
cercano toda esta tecnología estará disponible para
mejorar el tiempo y estilo de vida de las personas.

Se puede ver que existe un avance importante en cuanto a
la detección temprana y al tratamiento del cáncer
por lo que esta enfermedad no será mas causa de muerte en
las personas y podría decir que puede llegar a convertirse
en una enfermedad curable.

Además de la medicina la nanotecnología
tiene aplicación en mucho otros campos de la ciencia que
cumplirá con los objetivos de los avances
tecnológicos en general, que es mejorar el estilo y tiempo
de vida de los seres en este planeta incluyendo todo organismo
vivo, no solamente seres humanos. Se puede decir que la ciencia
esta dando pasos agigantados y no es fantasía que
algún día podremos contar con sistemas inteligentes
y miniaturizados en cada ambiente y a disposición de todas
las personas y no solo enfocados a gente con buena
posición económica.

De la misma manera como sus beneficios podemos observar
los perjuicios del desarrollo tecnológico, dado que se
intenta modificar el desarrollo natural de la vida, concepto que
gene- raría discusión en el campo de la
ética de la humanidad.

REFERENCIAS

[1] D. Clavijo, G. García, D. M. Clavijo, C. A.
Casadiego, R. Zamora, J. R.

Alarcón, and Á. Rodríguez. De las
nanopartículas a los nanodispositivos.

Universitas Médica, (4):134 – 137,
2005.

[2] C. Escamilla, H. Martínez, and G. Rivera. La
Nanotecnología y sus

Nuevas Aplicaciones en Oncología.

[3] D. C. Grimaldi, G. A. García, and C. A.
Casadiego. Nanotecnología en el diagnóstico y
tratamiento médico. Universitas Médica, (3):388
–

398, 2008.

[4] D. C. Grimaldi, G. A. G. Morán, Ó. M.
Mejía, A. Ruiz, A. G. Cardona, C. A. C. Torrado, and M. V.
Mejía. La frontera entre la Biología molecular y la
Nanotecnología: Impacto en la Medicina. Iatreia,
(3):297

– 307, 2007.

[5] J. Del Llano, L. Quecedo, A. Rao, and A. Oteo.
Presente y futuro de las aplicaciones médicas de las
nanotecnologías. Patología del Aparato Locomotor,
5(2):110 – 115, 2007.

[6] C. Mason, P. Dunnill, et al. A brief definition of
regenerative medicine.

Regenerative medicine, 3(1):1 – 6,
2008.

[7] C. Morrison. Nanotechnology: Molding Modern
Medicine. 2010.

[8] H. F. Pastrana and A. Ávila. Nanomedicina:
Estado del Arte. Revista de Ingeniería, (25):60 –
69, 2007.

[9] C. Wei. Avances recientes en nanomedicina
básica y clínica. Med Clin

N Am, 91:805 – 843, 2007.

[10] C. Wei, T. Nagai, W. Wei, T. Nemoto, M. Awais, O.
Niwa, R. Kurita, and Y. Baba. Nuevos avances en nanomedicina:
Diagnóstico y medicina preventiva. Clínicas
médicas de Norteamérica, 91(5):871 – 879,
2007.

Autor:

Mario Esteban Ochoa Guaraca

Estudiante de Ingeniería
Electrónica

Universidad Politécnica Salesiana

Cuenca-Ecuador