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¿Qué es la nanomedicina?

Por Fernando Herranz (CSIC)*

La nanomedicina consiste nada más (y nada menos) que en la aplicación de la nanotecnología para el diagnóstico y tratamiento de distintas enfermedades. Se trata de una rama de la medicina cuyo uso se está extendiendo a prácticamente todos los ámbitos de la salud, como la lucha contra el cáncer, las patologías cardiovasculares y las enfermedades raras; el desarrollo de nuevos antibióticos; o, como veremos, la mayoría de los test de embarazo que se realizan en la actualidad.

Spaghetti celulares

Células de tejido conectivo sobre material biomédico. / Álvaro A. González y Salvador D. Aznar (FOTCIENCIA12)

Pero, empecemos por el principio: ¿qué es la nanotecnología? Esta se puede definir como la producción, manipulación y estudio de la materia con, al menos, un tamaño en el rango de los 100 nanómetros (nm). Para hacernos una idea, el diámetro medio de un cabello humano es de unos 70.000 nanómetros. Estamos hablando por tanto de lo muy muy pequeño: la escala más pequeña antes de entrar en el mundo de las moléculas y los átomos.

¿Qué tiene de especial esa escala? ¿Por qué no hablamos simplemente de “micromedicina”? La clave está en que cuando confinamos la materia en la escala nanométrica los objetos se comportan de forma muy diferente a cómo lo hacen a escalas de tamaño mayores, debido a que en el nanomundo las propiedades fisicoquímicas de los materiales varían según su tamaño. Lo que podemos hacer con una partícula de dos nanómetros de un material es totalmente distinto a lo que podemos hacer con una partícula de 10 nanómetros del mismo material.

Estamos habituados a pensar que los compuestos químicos, como los principios activos de los medicamentos, muestran propiedades distintas cuando cambian su composición. Para explicarlo con un ejemplo muy simple: en el mundo macroscópico, si los compuestos químicos fueran fruta y quisiéramos obtener distintos sabores, lo haríamos utilizando distintas frutas: naranja para el sabor naranja, manzana para el sabor manzana, etc. De igual manera, el paracetamol sirve para el dolor, pero el antibiótico para la infección bacteriana. Sin embargo, en la escala nanométrica, el sabor no solo depende de la composición de un compuesto, sino también de su tamaño: una naranja de tres nanómetros de radio sabría completamente diferente a una naranja de ocho nanómetros de radio.

 

Nanopartículas de oro en los test de embarazo

Fijémonos por ejemplo en las nanopartículas de oro, uno de los materiales más empleados en nanomedicina. Cuando hablamos de nanomedicina, una de las herramientas más empleadas son precisamente las nanopartículas; esferas con un tamaño nanométrico.

A diferencia del oro que estamos acostumbrados a ver en el día a día, las nanopartículas de oro presentan una gama amplia de colores muy vivos que varían del rojo al morado según su tamaño. En esta variedad de colores radica la clave de una de sus aplicaciones: su uso como sensores. Un sensor se puede definir, de forma muy resumida, como un compuesto que da una señal y que, en presencia de aquello que queremos detectar, cambia dicha señal.

En el caso de las nanopartículas de oro, lo importante es que cuando se unen al compuesto que se trata de detectar, su superficie se modifica, cambian de tamaño y, por tanto, de color. Ese cambio puede ser observado a simple vista, lo que permite la identificación del compuesto en cuestión.

Nanopartículas de oro de tamaños diferentes dispersas en agua.

Nanopartículas de oro de tamaños diferentes dispersas en agua.

Hay multitud de usos médicos de las nanotpartículas de oro basados en su capacidad de cambiar de color, pero quizás el test de embarazo es el más conocido. En ese caso, la típica banda que aparece si el resultado es positivo, se debe al cambio de tamaño de las nanopartículas de oro que se produce solo si se unen a la hormona gonadotropina coriónica humana, cuya presencia determina si hay un embarazo.

Como en toda nueva tecnología, el tiempo dirá cuáles de los nuevos desarrollos se convierten en nuevas terapias al alcance de todos y cuáles se quedarán por el camino. Al menos, por el momento, podemos olvidarnos de las típicas imágenes de ciencia ficción donde pequeños robots circulan por la sangre haciendo distintas labores. Lo que está claro es que la nanomedicina ha venido para quedarse y que su uso abre un campo inmenso de posibles y revolucionarias aplicaciones destinadas a mejorar el diagnóstico y tratamiento de algunas de las enfermedades más difíciles de diagnosticar y tratar en la actualidad.

 

* Fernando Herranz dirige el Grupo de Nanomedicina del Instituto de Química Médica del CSIC y colaborador habitual del blog DCIENCIA.

Respirocito, un nanorobot para ‘vivir sin respirar’

Por Mar Gulis

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El investigador Robert A. Freitas

¿Te imaginas bucear dos horas y media ‘a pulmón’, sin necesitar botella de oxígeno? ¿O respirar sin dificultad en la cima del Everest? O algo más alucinante todavía: ¿te imaginas un mundo en el que las personas pudieran vivir sin respirar durante cuatro horas? Todo ello podría ser posible gracias a ‘respirocito’, una especie de glóbulo rojo artificial que fue desarrollado en los años 90 por Robert A. Freitas -uno de los padres de la nanomedicina- y su equipo en el Instituto de Fabricación Molecular de California. Y sí, es lo más parecido a un nanorobot.

Fabricado con carbono diamantino, un material de gran resistencia, este artefacto tiene un diámetro de una micra (su tamaño es similar al de una bacteria) y la capacidad de almacenar y liberar hasta 236 veces más oxígeno que un glóbulo rojo natural. Ahí está todo su potencial.

El diseño que propusieron Freitas y sus colegas está integrado por 18.000 millones de átomos dispuestos en un pequeño tanque de presión que se llena de oxígeno y dióxido de carbono. Los ‘respirocitos’ llevan incorporados sensores químicos y de presión, de modo que los médicos podrían manipularlos, activarlos o desactivarlos empleando ultrasonidos. Según su creador, una inyección de ‘respirocitos’ permitiría salvar vidas en circunstancias extremas o hacer cosas impensables ahora mismo, como bucear o vivir con el corazón parado durante horas. A modo de ejemplo, Freitas explicaba en un artículo que podrían usarse con víctimas de incendios que hayan sufrido envenenamiento por monóxido de carbono. ¿Será posible algo tan sorprendente en el futuro?

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Recreación de respirocitos que actuarían como seudo-glóbulos rojos en el torrente sanguíneo

Aunque hoy los nanorobots forman parte de la ciencia ficción, su existencia parece cada vez más cercana. El propio Freitas y su grupo se han planteado la posibilidad de fabricar, además de los ‘respirocitos’, otros nanorobots denominados ‘microbívoros’: una especie de leucocitos (glóbulos blancos) artificiales que serían capaces de destruir cualquier microorganismo de nuestro torrente sanguíneo, y que serían mil veces más eficientes que las células de nuestro sistema inmune.

Sin embargo, hacerlos realidad parece aún más complicado, ya que la optimización de nuestro sistema inmune es el resultado de más de 3.500 millones de años de evolución biológica y selección natural. Aunque la bionanotecnología avanza rápidamente en la construcción de nanodispositivos que imitan o mejoran ciertas capacidades de los seres vivos, la robustez, adaptabilidad y versatilidad de los sistemas biológicos complejos (en este caso, el sistema inmune) es por el momento inalcanzable para los nanotecnólogos.

 

Este post ha sido elaborado con información extraída del libro Nanociencia y nanotecnología. Entre la ciencia ficción del presente y la tecnología del futuro (FECYT, 2008), escrito por varios investigadores del CSIC.