Nanomedicina

Resumen

Este documento pretende dar una visión de lo que
es la nanomedicina, lo que significa, sus aplicaciones para
detectar enfermedades a tiempo, sus avances tecnológicos,
el tratamiento de estas enfermedades, los medios de transporte
para llevar los fármacos a los lugares afectados, sus
nanoherramientas tales como los puntos cuánticos,
nanobiosensores y la medicina regenerativa.

Abstract—This paper aims to give an
overview of what is nanomedicine, which means its applications to
detect diseases early, its technological advances, the treatment
of these diseases, the means of transport to bring the drugs to
places affected their nanotools such as quantum dots,
nanobiosensors and regenerative medicine.

Introducción

Cada día la tecnología avanza más
rápido, especialmente en el campo de la medicina, y se
hace más evidente la necesidad de investigar la
utilización de nanomateriales en los diferentes campos de
esta rama, tanto para el diagnóstico temprano de
enfermedades, como en su medicación y posteriormente
tratamiento y cura, estas y futuras aplicaciones, así como
los efectos debidos a su utilización, justifican
profundizar en el papel de la nanotecnología en la
actualidad, con la aplicación de la nanomedicina
obtendríamos el mejoramiento de la vida
humana.[1][2]

DESARROLLO

Nanomedicina

Las herramientas y técnicas a la
nanoescala están ayudan- do no sólo al
diseño de materiales con dimensiones nano- métricas
que presentan características nuevas o mejoradas sino
también a entender y manipular células vivas y
componentes biológicos, esto solo se puede lograr con la
combinación de la nanotecnología con la
biología, por lo que se está abriendo un camino
potencial a la obtención de nuevos biosensores y
nanoherramientas [3][1]

Figura 1. Nanosensores para el
diagnóstico precoz de enfermedades[1]

La Nanomedicina abarca tres áreas de mucha
importancia como son: la liberación controlada de
fármacos, el nano- diagnóstico y la medicina
regenerativa. Los nanosistemas de liberación de
fármacos llevan la medicación sólo a las
células o zonas dañadas porque así el
tratamiento será más efectivo y con menos efectos
secundarios. El nanodiagnóstico desarrolla e implementa
sistemas de análisis y de imagen para detectar una
enfermedad o un mal funcionamiento celular tempranamente. La
medicina regenerativa repara o reemplaza tejidos y órganos
daña- dos aplicando herramientas
nanobiotecnológicas. Otros objetivos de la nanomedicina es
desarrollar nanoherra- mientas para manipular células,
mediante la interacción específica con los propios
nanoobjetos naturales de las células. Ya se están
creando nanopinzas y herramientas quirúrgicas de
pequeño tamaño que permitirían localizar, y
reparar células dañadas.[1][4]

Figura 2. Bio Pen, bolígrafo que
permite reparar tejidos o huesos en mal estado[5]

II-B. Nanosistemas de diagnóstico y
tratamiento

Esta área implementa dispositivos de
diagnóstico o pronóstico más eficaces, con
el fin de optimizar la identificación de enfermedades,
así como su evolución a nivel celular mediante la
utilización de nanopartículas o nanodispositivos,
de esta forma tendremos una respuesta más rápida
para tratar las enfermedades y reparar tejidos u órganos
humanos.[2][6][7]

II-B1. Nanopartículas:

Las nanopartículas son
partículas microscópicas cuyos usos superan con por
mucho su tamaño minúsculo. Por definición,
miden menos de 100 nanómetros. El pequeño
tamaño de las nanopartículas les dota de
propiedades inusuales, los investigadores médicos
están experimen tando con nanopartículas para
buscar y tratar los tumores cancerosos. Otras
nanopartículas en tejidos se pueden utilizar como agentes
antibacterianos.[8]

Figura 3. Formas de las
nanopartículas[9]

Para detectar células
cancerígenas pueden utilizarse pun- tos cuánticos,
llamados de esta forma porque su tamaño nanométrico
provoca un efecto de reclusión cuántico en su
estructura. Los puntos cuánticos están construidos
de material semiconductor y contienen cientos de átomos y
cuando son alterados emiten luz en diferentes longitudes de onda
dependiendo de su tamaño, esta tecnología para el
tratamiento del cáncer evitaría los graves
problemas de efectos secundarios que conllevan los actuales
trata- mientos de quimio o radioterapia. [1][2][10]

Figura 4. Puntos
Cuánticos[1]

Figura 5. Disolución de puntos
cuánticos de distintos tamaños, funcionamien- to de
un punto cuántico[12]

Figura 6. Imágenes de experimentos
con puntos cuánticos[1]

Las nanopartículas también pueden usarse
para transportar moléculas de metal que son usadas para
obtener mejores imágenes del interior del cuerpo humano
mediante resonancia magnética. Con estas
nanopartículas es también posible obtener
imágenes de tumores milimétricos. Algunos de estos
nanoagentes ya han sido aprobados para su utilización
rutinaria en clínica. Se pueden utilizar para obtener
mejores contrastes en imágenes ópticas, de Rayos-X
y por ultrasonidos.[4][13][14]

II-B2. Nanobiosensores:

Los nanobiosensores son biosensores cuyas
propiedades vienen dadas por escalas nanotecnológicas,
pueden de detectar en tiempo real y con una alta sensibilidad
agentes químicos y biológicos, además
podrían ser fácilmente introducidos en el interior
del cuerpo humano, y por esta razón pueden proporcionar
datos mucho más exactos y confiables del estado de salud
de las personas.[15][16]

Para obtener el lugar del daño, hay
que cubrir la superficie del punto cuántico con
moléculas biológicas también llamados
bioreceptores, con similitud hacia un compuesto específico
que esté asociado con un tipo de cáncer en
particular. Cuando los puntos cuánticos se acercan a este
compuesto, ambos se unen y se detecta la interacción
iluminando los nanocristales con luz ultravioleta y observando su
emisión característica. Los puntos cuánticos
tienen una diversidad de colores por lo que se pueden combinar
para detectar distintos daños al mismo
tiempo.[11]

Estos sensores están formados por
nanocables de 300 nanómetros de longitud a los que
están unidos anticuerpos. Un anticuerpo es una
molécula que produce y utiliza nuestro cuerpo para
reconocer específicamente a las sustancias que pretenden
hacerle daño. Cuando el sensor detecta una molécula
relacionada con la enfermedad, produce una señal que
mediante un software se traduce en un diagnóstico, que
puede ser leído en la pantalla de una computadora. Para
construir estos nanobiosensores, se requiere la ayuda de la
microelectrónica. [17]

Figura 7. Fabricación de un
nanobiosensor con tecnología
microelectrónica[18]

Liberación
controlada de fármacos

Los fármacos tienen que estar protegidos durante
su transporte por el cuerpo hasta llegar al lugar del
daño, para mantener sus propiedades
físico-químicas y para proteger a las otras partes
del cuerpo. Una vez que el fármaco llega a su destino,
necesita liberarse a una velocidad apropiada para que sea
efectivo.[23]

Se puede usar muchos tipos de nanoestructuras como
transporte para la administración de fármacos tanto
oralmente como inyectados en sangre. Entre ellas podemos destacar
la utilización de nanopartículas de material
cerámico, nanocapsulas, dendrímeros, liposomas,
etc.[23][24]

Los biosensores nanofotónicos tienen
una de las mayores sensibilidades en la detección de
proteínas y ADN, tal como se muestra en la Figura 8. En
estos sensores se hace uso de la forma particular en que las
guías de ondas transmiten la luz: esta transmisión
tiene lugar a lo largo de la guía mediante
múltiples reflexiones internas en condiciones de
Reflexión Interna Total. A cada reflexión, una
componente de la luz, denominada onda evanescente, se propaga en
el medio que envuelve a la guía.[15][19][20]

Figura 8. Biosensores
nanofotónicos[1]

Un nanobiosensor en construcción son
los biosensores nanomecánicos, llamados de esta forma dado
que el cambio en la posición y movimiento de la
micropalanca inducido por el reconocimiento molecular ocurre a
escala de unos pocos nanómetros.[21]

Los nanobiosensores nanomecánicos no
son más que palancas de tamaño nanométrico
que suenan de forma semejante a como lo hace la cuerda de una
guitarra, con un diminuto pulso la palanca vibra. Cuando una
pequeña masa se deposita sobre ella se produce un cambio
en la vibración que nosotros somos podemos medir,
detectando de esta forma la presencia del objeto que necesitamos,
la palanca vibra más rápido a mayor frecuencia
antes de que se deposite una masa sobre ella.[10][22]

Estos transportes son muy importantes en el desarrollo
de tecnologías de liberación de fármacos
específicamente en el lugar dañado o enfermo, y
permiten llevar medicamentos y vacunas a las células o
tejidos afectados pero sin dañar a otras zonas del cuerpo,
en el caso de los fármacos anticáncer, se usan las
nanoestructuras para que el fármaco llegue directamente a
la zona afectada, de este modo se evita los efectos secundarios
de la quimioterapia.[25]

Nanomedicina
regenerativa

La nanomedicina regenerativa tiene como objetivo
recuperar o reemplazar los órganos o tejidos que tienen
algún tipo de daño, mediante la terapia celular,
para estimular los mecanismos auto reparadores del cuerpo
humano.[26]

Para este proceso se diseñan estructuras
adecuadas para ayudar en el crecimiento de tejidos en las zonas
dañadas al dirigir la proliferación y
diferenciación celular, así como la
producción y organización de la matriz
extracelular. Pero la fabricación de estas estructuras es
difícil ya que es necesario encontrar estructuras que
mantengan estable el órgano o tejido dañado
mientras se reconstruye la zona
dañada.[27][28][29]

Entre los materiales que generalmente se utilizan
destacan los nanotubos de carbono, las nanofibras de
polímeros biodegradables, también utilizan
superficies estructuradas en la escala nanométrica, que
pueden ser incubadoras de líneas celulares que ayudan en
el proceso de diferenciación celular, algunos ejemplos
destacables incluyen polímeros a la nanoescala moldeados
en válvulas de corazón de polímeros para la
regeneración ósea.[30][31]

Conclusiones

Finalizado el presente documento podemos
ver que la nanotecnología en especial la nanomedicina
tiene muchos beneficios que en el futuro nos servirán de
mucha ayuda para preservar la salud de las personas, la
nanomedicina y sus herramientas nos ayudan para detectar
enfermedades tempranamente, y cuando son detectadas, mediante los
nanobiosensores y nanoherramientas podemos llevar los
fármacos al lugar específico del daño, de
esta manera la cantidad de este fármaco se reducirá
ya que llega directamente a la zona afectada, y podremos reducir
los efectos adversos de los medicamentos, el nanobiosensor en el
futuro podría estar complementado con un reloj digital que
tenga un orificio para introducir una gota de sangre, y de este
modo en la pantalla nos saldrá el diagnóstico de la
persona, o los resultados los podríamos mostrar en una
pantalla, ya sea de celular o televisión, o hasta en una
computadora. Este invento sería útil en los
servicios de salud.

La nanomedicina está ofreciendo métodos
para mejorar tanto las características de difusión
del fármaco como las de degradación del material
encapsulante, permitiendo que el fármaco se transporte de
forma mucho más eficaz y que su liberación sea
igualmente más controlada. Con las nuevas
tecnologías se podría suministrar dosis más
bajas al paciente para conseguir los mismos efectos, al mejorarse
la termoestabi- lidad, el tiempo de vida y la protección
de estos medicamentos frente a los tradicionales. La
formulación de fármacos en forma nanoestructurada
aumenta su solubilidad y eficacia por lo que ya existen en el
mercado más de 100 fármacos de este tipo y muchos
otros están en desarrollo. Además esto tipo de
formulación permite utilizar rutas de
administración más efectivas y alcanzar
localizaciones en el cuerpo que tradicionalmente han sido
difíciles, como el cerebro.

CONCLUSIONS

Finished this paper we can see that nanotechnology
especially nanomedicine has many benefits that in the future we
will much help to preserve the health of people, nanomedicine and
tools help us to detect diseases early, and when detected, by
nanobiosensors and nanotools we can bring the drugs to the
specific site of injury, so the amount of this drug is reduced as
it reaches directly to the affected area, and we can reduce the
adverse effects of medications, nanobiosensor in the future could
be supplemented with a digital clock that has a hole for
inserting a drop of blood, and thus on the screen we will
diagnose the person, or the results of could show on a screen,
either cellular or television, or up on a computer. This
invention would be useful in health services.

The nanomedicine is offering methods to improve
diffusion characteristics of both the drug and the degradation of
the encapsulating material, allowing the drug is much more
efficient transport and release form is also more controlled.
With new technologies could provide lower patient dose to achieve
the same effects, improved thermostability, the life and the
protection of these drugs versus traditional. The drug
formulation as nanostructured increases their solubility and
efficacy at that already exist on the market over 100

Drugs of this type, and many others are under
development. Besides this type of formulation allows use paths
and achieve more effective management locations in the body that
have traditionally been difficult, as the brain.

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Autor:

René Coronel
González

Universidad Politécnica Salesiana –
Ingeniería Electrónica – Electrónica
Analógica II Cuenca – Ecuador

René Coronel González
actualmente cursando el tercer año de estudios en
Ingeniería Electrónica en la Universidad
Politécnica Salesiana de Cuenca, Ecuador