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Nanomedicina

La nanomedicina es la aplicación de la nanotecnología en el campo de la medicina, incluyendo de igual modo la futura aplicación de la nanotecnología molecular, y es empleada para mejorar la calidad de vida de los seres humanos, combatiendo las enfermedades de una forma innovadora.[1]​ Los problemas actuales para la nanomedicina involucra la comprensión de las consecuencias de la toxicidad y el impacto ambiental de materiales a nanoescala. Un nanómetro (nm) es una millonésima de un milímetro (10^-9 m). En teoría, con la nanotecnología se podrían construir pequeños nano-robots, nanobots que serían un ejército a nivel nanométrico en nuestro cuerpo, programados para realizar casi cualquier actividad.[2]

Ilustración de cómo las nanopartículas "se dirigen" a las células cancerosas para su posterior uso como visualización, terapia y curación del cáncer.

El término nanomedicina se originó con las concepciones de la visión de Eric Drexler acerca de robots nanomecánicos y sus aplicaciones potenciales en medicina. Dicho término ha sido definido de distintas maneras en la literatura, algunos de estos conceptos lo suficientemente amplios como para incluir todas las área de la nanotecnología médica, sin embargo la mayoría se enfoca en el control y manipulación de procesos a nivel celular en la nanoescala, aplicado al diagnóstico y tratamiento.

Las sociedades están constantemente buscando la manera de mejorar la salud, en cuanto a costos, cobertura, efectividad, respuesta ante enfermedades emergentes, y cambios demográficos. La nanotecnología ha sido examinada de manera crítica para determinar la manera en que las nuevas capacidades que representa puedan ser aplicadas para las necesidades médicas actuales. Debido a que la nanotecnología hereda su enfoque a determinadas enfermedades derivadas de investigaciones médicas actuales, su principal objetivo ha sido hacia enfermedades no infecciosas e.g. cáncer, y enfermedades degenerativas.[3]

Algunos desarrollos en la biomedicina a nivel nanoscópico tienen el potencial de crear nuevas generaciones de implantes médicos que estén diseñados para interactuar con el cuerpo, que monitoreen la composición química de las sangre y, si es necesario, liberen ciertos medicamentos.[4]​ Actualmente se están desarrollando huesos, cartílagos y pieles artificiales que además de no ser rechazados por el organismo, buscan ayudar a algunas partes del cuerpo humano a regenerase. Existen además nuevos sistemas para diagnóstico, imagenología y regeneración; de esta manera se pretende que se mitiguen los efectos secundarios de los actuales sistemas y/o procedimientos.

Nanomateriales Aplicados a Medicina

La nanotecnología emplea materiales de ingeniería o dispositivos que interactúan con sistemas biológicos a nivel molecular y pueden revolucionar el tratamiento de enfermedades por medio de la estimulación, respuesta, e interacción con sitios específicos para inducir respuestas fisiológicas mientras se minimizan los efectos secundarios.[5]​ En la actualidad existen aproximadamente cien productos nanotecnológicos aplicables en nanomedicina y disponibles en el mercado. Son utilizados en terapias contra el cáncer, la hepatitis y las enfermedades infecciosas; como anestésicos, para el tratamiento de problemas cardiovasculares, en trastornos inflamatorios e inmunológicos; en patologías endocrinas, en enfermedades degenerativas y en muchos otros casos.[6]

Liposomas y Micelas

Los liposomas son el tipo de nanopartículas con un uso más amplio en aplicaciones médicas. Estas partículas consisten en dos principales componentes: un núcleo acuoso rodeado por una membrana fosfolípida. El núcleo acuoso provee un comportamiento interno en el que puede ser transportada alguna carga. La membrana fosfolípida provee un recubrimiento que aísla los compuestos en el compartimento interior de los agentes que puedan degradarlos.

Este tipo de sistemas ya están en uso en pruebas con humanos. Por ejemplo, liposomas que contienen doxorrubicina han sido aprobados por la FDA para tratamiento de cáncer de ovario y múltiples mielomas.[7]​ Se ha comprobado también que los liposomas magnéticos catiónicos poliméricos presentan gran estabilidad y circulación prolongada media vida más que los liposomas tradicionales, permitiendo el transporte de fármacos al cerebro.[8]

Las micelas tienen similitudes con los liposomas ya que proveen también un ambiente cerrado que permite el secuestro de cargas que de otra manera estarían expuestas a distintos ambientes fisiológicos que llevarían a la degradación. Las micelas tienen una forma esférica con un núcleo hidrofóbico y una cubierta hidrofílica, esta cubierta permite que las micelas pasen a través de distintas membranas.[7]​ La modificación superficial (recubrimientos) facilitan el transporte y facilidad de acceso de las micelas a sitios específicos del cuerpo como puede ser el cerebro.[9][10]

Nanotubos

Los nanotubos son moléculas generalmente de un solo elemento formando un cilindro hueco; estas estructuras tienen un amplio rango de propiedades eléctricas, elásticas y térmicas.[7]​ Los nanotubos de carbono son los más utilizados, descubiertos en 1991 por Sumio Iijima, son estructuras compuestas por hojas de grafeno enrolladas en una forma cilíndrica. Pueden tener unas o varias capas. Tienen un diámetro de uno o varios nanómetros y pueden ser tan largos como un milímetro.[4][11]

Sus características son alta resistencia, elasticidad, baja toxicidad y fotoluminiscencia, además de un comportamiento que va desde la semiconductividad a la superconductividad.[12]

Nanopartículas de oro

Las nanopartículas de oro están compuestas de clusters de átomos de oro preparados a partir de la reducción de sales de oro. Debido a los cambio de su resonancia de plasmon superficial, las nanopartículas de oro se pueden utilizar para ensayos colorimétricos. Por medio del control de la agregación de nanopartículas de oro se han podido detectar matrices de biomoléculas.[7]

Puntos Cuánticos

Los puntos cuánticos son nanopartículas (nanocristales) semiconductores que cuando se exponen a la luz, emiten claramente colores diferentes dependiendo de su tamaño.[13]​ Tienen un amplio espectro de excitación, espectros de emisión estrechos, picos de emisión de fluorescencia sintonizables, tiempos de vida largos, y la habilidad de conjugarse a proteínas, lo que los convierte en sondas ideales para bio-imagenología.[14]​ Los puntos cuánticos bioconjugados son muy buenas sondas y nano-vectores fluorescentes, por lo que son diseñados como dispositivos (o parte de ellos) de imagenología.[15]​ Su pequeño tamaño posibilita su introducción en células, e incluso el seguimiento de moléculas individuales.[16]

Transporte de Fármacos

Los nanomateriales son llevados como estructuras específicas o como una combinación de estructuras, diseñadas para entregar terapéuticos intactos, a sitios específicos, con una mínima dosis y reduciendo los efectos secundarios. Estos materiales utilizan estructuras moleculares muy específicas que les permiten interactuar con neuronas o proteínas dentro de las células.[17]

El uso de nanopartículas permite atravesar membranas citoplásmicas y nucleares para introducir material químico, biológico o genético en células determinadas.[1]​ Apuntar a un tipo de célula involucra agregar dispositivos de reconocimiento de funciones a la partícula para que le sea posible entrar a las células seleccioandas.

Los sistemas nanoestructurados para el transporte de fármacos tienen muchas ventajas, entre ellas:

  1. Control de farmacinética: Las nanopartículas de pueden sintonizar variando su tamaño y propiedades superficiales a fin de tener una largos o cortos tiempos de residencia en el cuerpo y tejidos.
  2. Separación de la farmacocinética de la actividad terapéutica: Con nanopartículas, las moléculas activas con medicamento pueden sellarse y abrirse en el sitio específico de manera que la farmacocinética y la biodistribución puede ser controlada independientemente del tipo de terapéuticos utilizados.
  3. Capacidad de carga: Una nanopartícula puede guardar un gran número de moléculas de medicamento o siRNA para ser transportadas a una célula.
  4. Efectos de afinidad múltiple: Una sola nanopartícula puede ser construida para contener múltiples ligandos que permitan uniones multivalentes a membranas celulares.
  5. Combinación de efectos terapéuticos: Distintas intervenciones de imagenología y tratamiento se pueden llevar a cabo de manera simultánea y controlada con un solo tipo de nanopartícula.
  6. Efecto caballo de Troya: Las nanopartículas pueden cargar distintos medicamentos y llevarlos a través de barreras biológicas.[18]

Liberación Controlada

La nanomedicina es una posible solución para el desarrollo de nuevos sistemas de liberación controlada de fármacos. La idea consiste en utilizar nanoestructuras que transporten el fármaco hasta la zona dañada y, solamente cuando han reconocido esta zona, lo liberen como respuesta a un cierto estímulo. Para ello es necesaria la previa encapsulación o desactivación de los fármacos para que no actúen durante su tránsito por el cuerpo, de forma que mantengan intactas sus propiedades físico-químicas y que se minimicen los posibles efectos secundarios en otras zonas del cuerpo. Una vez que el fármaco ha llegado a su destino, debe liberarse a una velocidad apropiada para que sea efectivo, lo cual se puede hacer mediante una variación de ciertas condiciones (pH o temperatura) en la zona dañada, o mediante el control preciso de la velocidad de degradación del material encapsulante.[19]

Cáncer

Nanopartículas magnéticas o ferrofluidos pueden ser utilizados para el transporte de fármacos controlado magnéticamente. Este tecnología está basada en unir determinados medicamentos anticancerígenos con ferrofluidos que concentran dicho medicamento en un área de interés (tumor) por medio de campos magnéticos. Separaciones de partículas magnéticas puede ser utilizada para separar las células cancerígenas de la médula ósea y otros tejidos.[18]

Debido a las características fisiológicas que presentan los tumores sólidos, la nanomedicina ofrece la posibilidad de atacar al cáncer de forma más inteligente, esto gracias a la acumulación selectiva de nanopartículas terapéuticas en el tumor. Existen dos posibilidades que permiten la acumulación selectiva en tumores: la acumulación pasiva y la acumulación activa.[20]

La acumulación pasiva de nanopartículas en tumores se fundamenta en el efecto de permeabilidad y retención aumentada (efecto EPR, Enhanced permeability and retention effect). Este fenómeno fue descrito por Maeda y colaboradores.[21]

El efecto EPR se presenta debido a la angiogénesis incrementada, la mayor permeabilidad vascular y el drenaje linfático deficiente de los tumores. La permeabilidad vascular incrementada es inducida por varios factores tales como bradquinina, óxido nítrico, el factor de crecimiento endotelial vascular, prostaglandinas, colagenasa y peroxinitrito (ONOO-). La producción exacerbada de estos factores aumenta la permeabilidad del tejido tumoral en comparación con tejidos sanos. Los tumores sólidos requieren un mayor suministro de nutrientes y oxígeno para sostener su rápido crecimiento por lo que desarrollan un mayor número de vasos sanguíneos (angiogénesis aumentada). La formación de estos vasos sanguíneos tumorales ocurre de forma descontrolada y, por lo tanto, presentan una arquitectura deficiente del endotelio vascular, con grandes espacios entre las uniones célula-célula, originando la hiperpermeabilidad.

El efecto EPR ofrece la oportunidad de dirigir y acumular nanopartículas acarreadoras de fármacos de forma selectiva. El tamaño y la carga electrostática superficial de las nanopartículas juegan un papel fundamental en la acumulación pasiva en el tumor. Nanopartículas hidrofílicas con tamaños menores a 200 nm tienden a presentar un mejor acumulación por efecto EPR , esto debido al mayor tiempo de residencia de las nanopartículas en el torrente sanguíneo.[22]

Por otra parte, la acumulación activa, es decir la internalización específica de nanopartículas terapéuticas en células tumorales, se logra mediante su funcionalización con “moléculas guía”. Las moléculas guía presentan una gran afinidad por las proteínas de superficie (receptores, marcadores, etc) sobreexpresadas por las células tumorales. Cuando las nanopartículas funcionalizadas con mloléculas guía llegan al sitio del tumor, se unen firmemente a la membrana celular y pueden llegar a ser internalizadas mediante procesos de endocitosis. Una vez dentro de la célula, las nanopartículas pueden liberar el fármaco o ejercer su actividad terapéutica (i. e. fototermia o magnetotermia). Al tener un nivel de expresión menor de marcadores, las células sanas no presentan una interacción tan fuerte con las nanopartículas, en comparación con las células cancerosas.[23]

Enfermedades Neurodegenerativas

El transporte de fármacos al cerebro es un reto para el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas. Una de las restricciones más significantes para una terapia efectiva es la presencia de la barrera hematoencefálica que protege al cerebro de agentes de diagnóstico o terapéuticos, al tiempo que lo protege de sustancias tóxicas.[19]​ Los sistemas nanoestructurados para el transporte de fármacos ofrecen una solución prometedora para mejorar la absorción de medicamentos específicos al cerebro. Varios nanoacarreadores incluyendo liposomas y nanopartículas pueden ser utilizados como medios para encapsular medicamentos ya sea solos o en combinación con ligandos. Además la mayoría de los materiales utilizados en la fabricación de nanoacarreadores son tanto biodegradables como biocompatibles, incrementando de este modo la utilidad clínica.[24]

Regeneración

Aunque los nanomateriales no son algo muy nuevo, los nanomateriales fabricados sintéticamente con propiedades físicas y químicas únicas se están volviendo muy atractivos para usos en diferentes aplicaciones tecnológicas dentro de las que se encuentran los biomateriales. Esto con el objetivo de regenerar, reemplazar o reparar tejido dañado. La nanotecnología ha abierto nuevas habilidades para la ciencia de materiales estructuras en la nanoescala controlando la composición y arquitectura, correspondiendo a matrices celulares en los tejidos.[25]

Los nanomateriales pueden mejorar el desempeño y la durabilidad de electrodos utilizados para interfasear prótesis neurales, con una superior biocompatibilidad y resistencia en la construcción de recubrimientos y depósitos. La medicina regenerativa asistida por nanotecnología promete un camino para el desarrollo de terapias a un costo efectivo para la regeneración de tejidos in situ, guía para crecimiento de tejidos, y detención o reversión de procesos cerebrales. La nanotecnología provee de las herramientas para iniciar y controlar los procesos regenerativos con la fabricación de scaffolds, moléculas para la transmisión de señales, y células madre.[25]

Regeneración Nerviosa

Además de encapsular células y tejidos, las nanoestructuras se utilizan para guiar y estimular el crecimiento celular sirviendo como andamios para el crecimiento de nuevos tejidos nerviosos. La nanotecnología es ahora capaz de fabricar estructuras más finas y detalladas para utilizar en la funcionalización de sensores y crecimiento celular a partir de moldes. Actualmente las guías de crecimiento neural se están llevando a pruebas clínicas, donde los experimentos consisten en la reparación y regeneración de nervios incluyendo la médula espinal.[25]

Regeneración Cerebral

Se ha encontrado que los nanomateriales son buenas plataformas para radicales libres que pueden proteger el cerebro de muerte celular (inmediata o secundaria) causada por superóxidos, óxido nítrico y otros radicales libres asociados con isquemia, infarto cerebral, o daños al cerebro o la médula espinal.[7]​ Los fullerenos, por ejemplo, han sido funcionalizados para servir como catalizadores efectivos para la destrucción de radicales libres en tejido cerebral dañado.[26]Scaffolds nanoestructurados están diseñados para guiar y regular el crecimiento de tejidos y así permitir el transporte de nutrientes, metabolitos, y moléculas de señalización. El objetivo es imitar el ambiente del cerebro para promover la regeneración de tejido.[27]

Diagnóstico

El objetivo del nanodiagnóstico es la identificación de enfermedades en sus estados iniciales a nivel celular o molecular, e idealmente, a nivel de una sola célula, mediante la utilización de nanodispositivos y sistemas de contraste. Una identificación temprana permitiría una rápida capacidad de respuesta y la inmediata aplicación del tratamiento adecuado, ofreciendo así mayores posibilidades de curación.

Las principales áreas de trabajo en este campo son los nanosistemas de imagen y los nanobiosensores, dispositivos capaces de detectar en tiempo real y con una alta sensibilidad y selectividad agentes químicos y biológicos sin necesidad de marcadores fluorescentes o radioactivos.[19]

Imagenología

Los sistemas nanoparticulados pueden servir como agentes de imagenología para la detección de distintas enfermedades. Los más comunes van desde óxido de hierro, perfluorocarbono, óxido de cerio o nanopartículas de platino, hasta puntos cuánticos.[28]​ Este tipo de sistemas son de gran utilidad para el diagnóstico, por ejemplo, de tumores por medio de resonancia magnética nuclear.[29]

Otras aplicaciones

Los nanobots serán protagonistas en los procesos de distribución selectiva de fármacos en el organismo de la nanomecidina y podrían producirse con la función de reestructurar o reparar tejidos músculosos u óseos. Las fracturas podrían ser cosa del pasado, los nanobots podrían programarse para identificar fisuras en los huesos y arreglar estos de dos formas; realizando algún proceso para acelerar la recuperación del hueso roto o fundiéndose con el hueso roto o inclusive las dos.[30]​ Tal vez deban transcurrir décadas hasta que esta tecnología este disponible.Y así con infinidad de enfermedades de varios tipos disolviendo sustancias muy diversas en la sangre o en la zona a tratar específicamente, inyectando pequeñas cantidades de antibióticos o antisépticos en caso de resfriados o inflamaciones.[31]

Actualmente, las nanopartículas de plata se están usando como desinfectantes y antisépticos, en productos farmacéuticos y quirúrgicos, en ropa interior, guantes, medias y zapatos deportivos, en productos para bebés, productos de higiene personal, cubiertos, refrigeradores, lavadoras de ropa y todo tipo de materiales implantables.[32]​ Un problema derivado de estas aplicaciones es su impacto ambiental, ya que en 2005, un estudio encontró que la plata en nanopartículas es 45 veces más tóxica que la corriente y además, en 2008, otro estudio indicó que pueden pasar nanopartículas sintéticas a los desagües, con fuerte toxicidad para la vida acuática, eliminando también bacterias benignas en los sistemas de drenaje.[33]

Véase también

Referencias

  1. López-Goerne, Tessy María (2011). Nanotecnología y Nanomedicina: La ciencia del futuro...hoy. Arkhé. ISBN 98-60-7781-20-2 |isbn= incorrecto (ayuda). 
  2. Freitas, Robert A., Jr. (2005). "Current Status of Nanomedicine and Medical Nanorobotics". Journal of Computational and Theoretical Nanoscience 2: 1–25.
  3. Tibbals, Harry F. (2011). «Nanomedicine: Scientific Bases and Societal Implications». Medical Nanotechnology and Nanomedicine (en inglés). CRC Press. ISBN 978-1-4398-0874-0. 
  4. Takeuchi, Noboru (2009). Nanociencia y Nanotecnología. Fondo de Cultura Económica. ISBN 978-607-16-0154-4. 
  5. Zhang, C (2014). «The Potential Use Of H102 Peptide-Loaded Dual-Functional Nanoparticles In The Treatment Of Alzheimer's Disease». Journal of Controlled Release (en inglés) (3). 
  6. «(PDF) Nanotecnología aplicada a la medicina». ResearchGate (en inglés). Consultado el 29 de julio de 2020. 
  7. Provenzale, James, M. (2010). «Nanotechnology in Neurology - Current Status and Future Possibilities». US Neurology (en inglés). 
  8. Zhao, Ming (2012). «Nano-sized cationis polymeric magnetic liposomes signicantly improves drug delivery to the brain in rats». Journal of Drug Targeting. doi:10.3109/1061186X.2011.651726. 
  9. Kanazawa, Takanori. «Cell-Penetrating Peptide-Modified Block Copolymer Micelles Promote Direct Brain Delivery via Intranasal Administration». Pharmaceutical Research. doi:10.1007/s11095-011-0440-7. 
  10. Shao, Kun. «Angiopep-2 modified PE-PEG based polymeric micelles for amphotericin B delivery targeted to the brain». Journal of Controlled Release. doi:10.1016/j.jconrel.2010.06.018. 
  11. Iijima, Sumio (1991). «Helical microtubules of graphitic carbon». Nature. 
  12. https://lamanobionica.wordpress.com/2013/04/04/nanotubos-de-carbono-aplicados-a-la-medicina/
  13. Algunas aplicaciones de puntos cuánticos
  14. Barroso, Margarida M. «Quantum Dots in Cell Biology». Journal of Histochemistry & Cytochemistry. doi:10.1369/0022155411398487. 
  15. Xu, Gaixia. «Theranostic quantum dots for crossing the blood brain barrier in vitro and providing therapy of HIV-associated encephalopathy». Frontiers in Pharmacology. doi:10.3389/fphar.2013.00140. 
  16. Los quantum dots (puntos cuánticos en español)
  17. Ellis-Behnke, Rutledge. «Nano neurology and the four P’s of central nervous system regeneration: Preserve, permit, promote, plasticity». Medical Clinics of North America. doi:10.1016/j.mcna.2007.04.005. 
  18. Tibbals, Harry F. (2011). «Medication: Nanoparticles for Imaging and Drug Delivery». Medical Nanotechnology and Nanomedicine (en inglés). CRC Press. ISBN 978-1-4398-0874 |isbn= incorrecto (ayuda). 
  19. López-Goerne, Tessy María (2013). Nanomedicina Catalítica: Ciencia y Cáncer. Arkhé. ISBN 978-607-7781-59-2. 
  20. Rosenblum, Daniel; Joshi, Nitin; Tao, Wei; Karp, Jeffrey M.; Peer, Dan (12 de abril de 2018). «Progress and challenges towards targeted delivery of cancer therapeutics». Nature Communications (en inglés) 9 (1). ISSN 2041-1723. PMC PMC5897557 |pmc= incorrecto (ayuda). PMID 29650952. doi:10.1038/s41467-018-03705-y. Consultado el 28 de julio de 2018. 
  21. Maeda, Hiroshi (2001-05). «The enhanced permeability and retention (EPR) effect in tumor vasculature: the key role of tumor-selective macromolecular drug targeting». Advances in Enzyme Regulation 41 (1): 189-207. ISSN 0065-2571. doi:10.1016/s0065-2571(00)00013-3. Consultado el 28 de julio de 2018. 
  22. Acharya, Sarbari; Sahoo, Sanjeeb K. (2011-03). «PLGA nanoparticles containing various anticancer agents and tumour delivery by EPR effect». Advanced Drug Delivery Reviews 63 (3): 170-183. ISSN 0169-409X. doi:10.1016/j.addr.2010.10.008. Consultado el 28 de julio de 2018. 
  23. Brigger, Irène; Dubernet, Catherine; Couvreur, Patrick (2012-12). «Nanoparticles in cancer therapy and diagnosis». Advanced Drug Delivery Reviews 64: 24-36. ISSN 0169-409X. doi:10.1016/j.addr.2012.09.006. Consultado el 28 de julio de 2018. 
  24. Bozdag-Pehlivan, Sibel. «Nanotechnology-Based Drug Delivery Systems for Targeting, Imaging and Diagnosis of Neurdegenerative Diseases». Pharmacological Research. doi:10.1007/s11095-013-1156-7. 
  25. Tibbals, Harry F. (2011). «Regeneration: Nanomaterials for Tissue Regeneration». Medical Nanotechnolgy and Nanomedicine (en inglés). CRC Press. ISBN 978-1-4398-0874-0. 
  26. Yin, J (2009). «The scavering of reactive oxygen species and the potential for cell protection by functionalized fullerene materials». Biomaterials. 
  27. Zhong, Y. (2008). «Biomaterials for the central nervous systems». Journal of the Royal Society Interface. 
  28. Kyle, Stuart. «Nanotechnology for the Detection and Therapy Stroke». Advanced Healthcare Materials. doi:10.1002/adhm.201400009. 
  29. Wang, Lingyun (2010). «MRI Contrast Agent for the Diagnosis of Tumor». Progress in Chemistry. 
  30. Drexler, K. Eric 1986. Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology. ISBN 0-385-19973-2
  31. «(PDF) Nanotecnología aplicada a la medicina». ResearchGate (en inglés). Consultado el 29 de julio de 2020. 
  32. Flores, Constanza Y. (03 de 2014). Nanopartículas de plata con potenciales aplicaciones en materiales implantables: síntesis, caracterización fisicoquímica y actividad bactericida. p. 233. Consultado el 28 de abril de 2014. 
  33. Ribeiro, Silvia 2008. "Balas de plata tóxicas"; La Jornada, México, 8 de noviembre de 2008.

Enlaces externos

  • Nanotecnología y medicina
  •   Datos: Q261659
  •   Multimedia: Nanomedicine

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La nanomedicina es la aplicacion de la nanotecnologia en el campo de la medicina incluyendo de igual modo la futura aplicacion de la nanotecnologia molecular y es empleada para mejorar la calidad de vida de los seres humanos combatiendo las enfermedades de una forma innovadora 1 Los problemas actuales para la nanomedicina involucra la comprension de las consecuencias de la toxicidad y el impacto ambiental de materiales a nanoescala Un nanometro nm es una millonesima de un milimetro 10 9 m En teoria con la nanotecnologia se podrian construir pequenos nano robots nanobots que serian un ejercito a nivel nanometrico en nuestro cuerpo programados para realizar casi cualquier actividad 2 Ilustracion de como las nanoparticulas se dirigen a las celulas cancerosas para su posterior uso como visualizacion terapia y curacion del cancer El termino nanomedicina se origino con las concepciones de la vision de Eric Drexler acerca de robots nanomecanicos y sus aplicaciones potenciales en medicina Dicho termino ha sido definido de distintas maneras en la literatura algunos de estos conceptos lo suficientemente amplios como para incluir todas las area de la nanotecnologia medica sin embargo la mayoria se enfoca en el control y manipulacion de procesos a nivel celular en la nanoescala aplicado al diagnostico y tratamiento Las sociedades estan constantemente buscando la manera de mejorar la salud en cuanto a costos cobertura efectividad respuesta ante enfermedades emergentes y cambios demograficos La nanotecnologia ha sido examinada de manera critica para determinar la manera en que las nuevas capacidades que representa puedan ser aplicadas para las necesidades medicas actuales Debido a que la nanotecnologia hereda su enfoque a determinadas enfermedades derivadas de investigaciones medicas actuales su principal objetivo ha sido hacia enfermedades no infecciosas e g cancer y enfermedades degenerativas 3 Algunos desarrollos en la biomedicina a nivel nanoscopico tienen el potencial de crear nuevas generaciones de implantes medicos que esten disenados para interactuar con el cuerpo que monitoreen la composicion quimica de las sangre y si es necesario liberen ciertos medicamentos 4 Actualmente se estan desarrollando huesos cartilagos y pieles artificiales que ademas de no ser rechazados por el organismo buscan ayudar a algunas partes del cuerpo humano a regenerase Existen ademas nuevos sistemas para diagnostico imagenologia y regeneracion de esta manera se pretende que se mitiguen los efectos secundarios de los actuales sistemas y o procedimientos Indice 1 Nanomateriales Aplicados a Medicina 1 1 Liposomas y Micelas 1 2 Nanotubos 1 3 Nanoparticulas de oro 1 4 Puntos Cuanticos 2 Transporte de Farmacos 2 1 Liberacion Controlada 2 2 Cancer 2 3 Enfermedades Neurodegenerativas 3 Regeneracion 3 1 Regeneracion Nerviosa 3 2 Regeneracion Cerebral 4 Diagnostico 4 1 Imagenologia 5 Otras aplicaciones 6 Vease tambien 7 Referencias 8 Enlaces externosNanomateriales Aplicados a Medicina EditarLa nanotecnologia emplea materiales de ingenieria o dispositivos que interactuan con sistemas biologicos a nivel molecular y pueden revolucionar el tratamiento de enfermedades por medio de la estimulacion respuesta e interaccion con sitios especificos para inducir respuestas fisiologicas mientras se minimizan los efectos secundarios 5 En la actualidad existen aproximadamente cien productos nanotecnologicos aplicables en nanomedicina y disponibles en el mercado Son utilizados en terapias contra el cancer la hepatitis y las enfermedades infecciosas como anestesicos para el tratamiento de problemas cardiovasculares en trastornos inflamatorios e inmunologicos en patologias endocrinas en enfermedades degenerativas y en muchos otros casos 6 Liposomas y Micelas Editar Los liposomas son el tipo de nanoparticulas con un uso mas amplio en aplicaciones medicas Estas particulas consisten en dos principales componentes un nucleo acuoso rodeado por una membrana fosfolipida El nucleo acuoso provee un comportamiento interno en el que puede ser transportada alguna carga La membrana fosfolipida provee un recubrimiento que aisla los compuestos en el compartimento interior de los agentes que puedan degradarlos Este tipo de sistemas ya estan en uso en pruebas con humanos Por ejemplo liposomas que contienen doxorrubicina han sido aprobados por la FDA para tratamiento de cancer de ovario y multiples mielomas 7 Se ha comprobado tambien que los liposomas magneticos cationicos polimericos presentan gran estabilidad y circulacion prolongada media vida mas que los liposomas tradicionales permitiendo el transporte de farmacos al cerebro 8 Las micelas tienen similitudes con los liposomas ya que proveen tambien un ambiente cerrado que permite el secuestro de cargas que de otra manera estarian expuestas a distintos ambientes fisiologicos que llevarian a la degradacion Las micelas tienen una forma esferica con un nucleo hidrofobico y una cubierta hidrofilica esta cubierta permite que las micelas pasen a traves de distintas membranas 7 La modificacion superficial recubrimientos facilitan el transporte y facilidad de acceso de las micelas a sitios especificos del cuerpo como puede ser el cerebro 9 10 Nanotubos Editar Los nanotubos son moleculas generalmente de un solo elemento formando un cilindro hueco estas estructuras tienen un amplio rango de propiedades electricas elasticas y termicas 7 Los nanotubos de carbono son los mas utilizados descubiertos en 1991 por Sumio Iijima son estructuras compuestas por hojas de grafeno enrolladas en una forma cilindrica Pueden tener unas o varias capas Tienen un diametro de uno o varios nanometros y pueden ser tan largos como un milimetro 4 11 Sus caracteristicas son alta resistencia elasticidad baja toxicidad y fotoluminiscencia ademas de un comportamiento que va desde la semiconductividad a la superconductividad 12 Nanoparticulas de oro Editar Veanse tambien Terapia fototermica Nanoparticulas magneticasy Nanotoxicologia Las nanoparticulas de oro estan compuestas de clusters de atomos de oro preparados a partir de la reduccion de sales de oro Debido a los cambio de su resonancia de plasmon superficial las nanoparticulas de oro se pueden utilizar para ensayos colorimetricos Por medio del control de la agregacion de nanoparticulas de oro se han podido detectar matrices de biomoleculas 7 Puntos Cuanticos Editar Los puntos cuanticos son nanoparticulas nanocristales semiconductores que cuando se exponen a la luz emiten claramente colores diferentes dependiendo de su tamano 13 Tienen un amplio espectro de excitacion espectros de emision estrechos picos de emision de fluorescencia sintonizables tiempos de vida largos y la habilidad de conjugarse a proteinas lo que los convierte en sondas ideales para bio imagenologia 14 Los puntos cuanticos bioconjugados son muy buenas sondas y nano vectores fluorescentes por lo que son disenados como dispositivos o parte de ellos de imagenologia 15 Su pequeno tamano posibilita su introduccion en celulas e incluso el seguimiento de moleculas individuales 16 Transporte de Farmacos EditarLos nanomateriales son llevados como estructuras especificas o como una combinacion de estructuras disenadas para entregar terapeuticos intactos a sitios especificos con una minima dosis y reduciendo los efectos secundarios Estos materiales utilizan estructuras moleculares muy especificas que les permiten interactuar con neuronas o proteinas dentro de las celulas 17 El uso de nanoparticulas permite atravesar membranas citoplasmicas y nucleares para introducir material quimico biologico o genetico en celulas determinadas 1 Apuntar a un tipo de celula involucra agregar dispositivos de reconocimiento de funciones a la particula para que le sea posible entrar a las celulas seleccioandas Los sistemas nanoestructurados para el transporte de farmacos tienen muchas ventajas entre ellas Control de farmacinetica Las nanoparticulas de pueden sintonizar variando su tamano y propiedades superficiales a fin de tener una largos o cortos tiempos de residencia en el cuerpo y tejidos Separacion de la farmacocinetica de la actividad terapeutica Con nanoparticulas las moleculas activas con medicamento pueden sellarse y abrirse en el sitio especifico de manera que la farmacocinetica y la biodistribucion puede ser controlada independientemente del tipo de terapeuticos utilizados Capacidad de carga Una nanoparticula puede guardar un gran numero de moleculas de medicamento o siRNA para ser transportadas a una celula Efectos de afinidad multiple Una sola nanoparticula puede ser construida para contener multiples ligandos que permitan uniones multivalentes a membranas celulares Combinacion de efectos terapeuticos Distintas intervenciones de imagenologia y tratamiento se pueden llevar a cabo de manera simultanea y controlada con un solo tipo de nanoparticula Efecto caballo de Troya Las nanoparticulas pueden cargar distintos medicamentos y llevarlos a traves de barreras biologicas 18 Liberacion Controlada Editar La nanomedicina es una posible solucion para el desarrollo de nuevos sistemas de liberacion controlada de farmacos La idea consiste en utilizar nanoestructuras que transporten el farmaco hasta la zona danada y solamente cuando han reconocido esta zona lo liberen como respuesta a un cierto estimulo Para ello es necesaria la previa encapsulacion o desactivacion de los farmacos para que no actuen durante su transito por el cuerpo de forma que mantengan intactas sus propiedades fisico quimicas y que se minimicen los posibles efectos secundarios en otras zonas del cuerpo Una vez que el farmaco ha llegado a su destino debe liberarse a una velocidad apropiada para que sea efectivo lo cual se puede hacer mediante una variacion de ciertas condiciones pH o temperatura en la zona danada o mediante el control preciso de la velocidad de degradacion del material encapsulante 19 Cancer Editar Nanoparticulas magneticas o ferrofluidos pueden ser utilizados para el transporte de farmacos controlado magneticamente Este tecnologia esta basada en unir determinados medicamentos anticancerigenos con ferrofluidos que concentran dicho medicamento en un area de interes tumor por medio de campos magneticos Separaciones de particulas magneticas puede ser utilizada para separar las celulas cancerigenas de la medula osea y otros tejidos 18 Debido a las caracteristicas fisiologicas que presentan los tumores solidos la nanomedicina ofrece la posibilidad de atacar al cancer de forma mas inteligente esto gracias a la acumulacion selectiva de nanoparticulas terapeuticas en el tumor Existen dos posibilidades que permiten la acumulacion selectiva en tumores la acumulacion pasiva y la acumulacion activa 20 La acumulacion pasiva de nanoparticulas en tumores se fundamenta en el efecto de permeabilidad y retencion aumentada efecto EPR Enhanced permeability and retention effect Este fenomeno fue descrito por Maeda y colaboradores 21 El efecto EPR se presenta debido a la angiogenesis incrementada la mayor permeabilidad vascular y el drenaje linfatico deficiente de los tumores La permeabilidad vascular incrementada es inducida por varios factores tales como bradquinina oxido nitrico el factor de crecimiento endotelial vascular prostaglandinas colagenasa y peroxinitrito ONOO La produccion exacerbada de estos factores aumenta la permeabilidad del tejido tumoral en comparacion con tejidos sanos Los tumores solidos requieren un mayor suministro de nutrientes y oxigeno para sostener su rapido crecimiento por lo que desarrollan un mayor numero de vasos sanguineos angiogenesis aumentada La formacion de estos vasos sanguineos tumorales ocurre de forma descontrolada y por lo tanto presentan una arquitectura deficiente del endotelio vascular con grandes espacios entre las uniones celula celula originando la hiperpermeabilidad El efecto EPR ofrece la oportunidad de dirigir y acumular nanoparticulas acarreadoras de farmacos de forma selectiva El tamano y la carga electrostatica superficial de las nanoparticulas juegan un papel fundamental en la acumulacion pasiva en el tumor Nanoparticulas hidrofilicas con tamanos menores a 200 nm tienden a presentar un mejor acumulacion por efecto EPR esto debido al mayor tiempo de residencia de las nanoparticulas en el torrente sanguineo 22 Por otra parte la acumulacion activa es decir la internalizacion especifica de nanoparticulas terapeuticas en celulas tumorales se logra mediante su funcionalizacion con moleculas guia Las moleculas guia presentan una gran afinidad por las proteinas de superficie receptores marcadores etc sobreexpresadas por las celulas tumorales Cuando las nanoparticulas funcionalizadas con mloleculas guia llegan al sitio del tumor se unen firmemente a la membrana celular y pueden llegar a ser internalizadas mediante procesos de endocitosis Una vez dentro de la celula las nanoparticulas pueden liberar el farmaco o ejercer su actividad terapeutica i e fototermia o magnetotermia Al tener un nivel de expresion menor de marcadores las celulas sanas no presentan una interaccion tan fuerte con las nanoparticulas en comparacion con las celulas cancerosas 23 Enfermedades Neurodegenerativas Editar El transporte de farmacos al cerebro es un reto para el tratamiento de enfermedades neurodegenerativas Una de las restricciones mas significantes para una terapia efectiva es la presencia de la barrera hematoencefalica que protege al cerebro de agentes de diagnostico o terapeuticos al tiempo que lo protege de sustancias toxicas 19 Los sistemas nanoestructurados para el transporte de farmacos ofrecen una solucion prometedora para mejorar la absorcion de medicamentos especificos al cerebro Varios nanoacarreadores incluyendo liposomas y nanoparticulas pueden ser utilizados como medios para encapsular medicamentos ya sea solos o en combinacion con ligandos Ademas la mayoria de los materiales utilizados en la fabricacion de nanoacarreadores son tanto biodegradables como biocompatibles incrementando de este modo la utilidad clinica 24 Regeneracion EditarVease tambien Medicina regenerativa Aunque los nanomateriales no son algo muy nuevo los nanomateriales fabricados sinteticamente con propiedades fisicas y quimicas unicas se estan volviendo muy atractivos para usos en diferentes aplicaciones tecnologicas dentro de las que se encuentran los biomateriales Esto con el objetivo de regenerar reemplazar o reparar tejido danado La nanotecnologia ha abierto nuevas habilidades para la ciencia de materiales estructuras en la nanoescala controlando la composicion y arquitectura correspondiendo a matrices celulares en los tejidos 25 Los nanomateriales pueden mejorar el desempeno y la durabilidad de electrodos utilizados para interfasear protesis neurales con una superior biocompatibilidad y resistencia en la construccion de recubrimientos y depositos La medicina regenerativa asistida por nanotecnologia promete un camino para el desarrollo de terapias a un costo efectivo para la regeneracion de tejidos in situ guia para crecimiento de tejidos y detencion o reversion de procesos cerebrales La nanotecnologia provee de las herramientas para iniciar y controlar los procesos regenerativos con la fabricacion de scaffolds moleculas para la transmision de senales y celulas madre 25 Regeneracion Nerviosa Editar Ademas de encapsular celulas y tejidos las nanoestructuras se utilizan para guiar y estimular el crecimiento celular sirviendo como andamios para el crecimiento de nuevos tejidos nerviosos La nanotecnologia es ahora capaz de fabricar estructuras mas finas y detalladas para utilizar en la funcionalizacion de sensores y crecimiento celular a partir de moldes Actualmente las guias de crecimiento neural se estan llevando a pruebas clinicas donde los experimentos consisten en la reparacion y regeneracion de nervios incluyendo la medula espinal 25 Regeneracion Cerebral Editar Se ha encontrado que los nanomateriales son buenas plataformas para radicales libres que pueden proteger el cerebro de muerte celular inmediata o secundaria causada por superoxidos oxido nitrico y otros radicales libres asociados con isquemia infarto cerebral o danos al cerebro o la medula espinal 7 Los fullerenos por ejemplo han sido funcionalizados para servir como catalizadores efectivos para la destruccion de radicales libres en tejido cerebral danado 26 Scaffolds nanoestructurados estan disenados para guiar y regular el crecimiento de tejidos y asi permitir el transporte de nutrientes metabolitos y moleculas de senalizacion El objetivo es imitar el ambiente del cerebro para promover la regeneracion de tejido 27 Diagnostico EditarEl objetivo del nanodiagnostico es la identificacion de enfermedades en sus estados iniciales a nivel celular o molecular e idealmente a nivel de una sola celula mediante la utilizacion de nanodispositivos y sistemas de contraste Una identificacion temprana permitiria una rapida capacidad de respuesta y la inmediata aplicacion del tratamiento adecuado ofreciendo asi mayores posibilidades de curacion Las principales areas de trabajo en este campo son los nanosistemas de imagen y los nanobiosensores dispositivos capaces de detectar en tiempo real y con una alta sensibilidad y selectividad agentes quimicos y biologicos sin necesidad de marcadores fluorescentes o radioactivos 19 Imagenologia Editar Los sistemas nanoparticulados pueden servir como agentes de imagenologia para la deteccion de distintas enfermedades Los mas comunes van desde oxido de hierro perfluorocarbono oxido de cerio o nanoparticulas de platino hasta puntos cuanticos 28 Este tipo de sistemas son de gran utilidad para el diagnostico por ejemplo de tumores por medio de resonancia magnetica nuclear 29 Otras aplicaciones EditarLos nanobots seran protagonistas en los procesos de distribucion selectiva de farmacos en el organismo de la nanomecidina y podrian producirse con la funcion de reestructurar o reparar tejidos musculosos u oseos Las fracturas podrian ser cosa del pasado los nanobots podrian programarse para identificar fisuras en los huesos y arreglar estos de dos formas realizando algun proceso para acelerar la recuperacion del hueso roto o fundiendose con el hueso roto o inclusive las dos 30 Tal vez deban transcurrir decadas hasta que esta tecnologia este disponible Y asi con infinidad de enfermedades de varios tipos disolviendo sustancias muy diversas en la sangre o en la zona a tratar especificamente inyectando pequenas cantidades de antibioticos o antisepticos en caso de resfriados o inflamaciones 31 Actualmente las nanoparticulas de plata se estan usando como desinfectantes y antisepticos en productos farmaceuticos y quirurgicos en ropa interior guantes medias y zapatos deportivos en productos para bebes productos de higiene personal cubiertos refrigeradores lavadoras de ropa y todo tipo de materiales implantables 32 Un problema derivado de estas aplicaciones es su impacto ambiental ya que en 2005 un estudio encontro que la plata en nanoparticulas es 45 veces mas toxica que la corriente y ademas en 2008 otro estudio indico que pueden pasar nanoparticulas sinteticas a los desagues con fuerte toxicidad para la vida acuatica eliminando tambien bacterias benignas en los sistemas de drenaje 33 Vease tambien EditarAdministracion dirigida de farmacos Celulas madre Medicina regenerativa Ontogenia TranshumanismoReferencias Editar a b Lopez Goerne Tessy Maria 2011 Nanotecnologia y Nanomedicina La ciencia del futuro hoy Arkhe ISBN 98 60 7781 20 2 isbn incorrecto ayuda Freitas Robert A Jr 2005 Current Status of Nanomedicine and Medical Nanorobotics Journal of Computational and Theoretical Nanoscience 2 1 25 Tibbals Harry F 2011 Nanomedicine Scientific Bases and Societal Implications Medical Nanotechnology and Nanomedicine en ingles CRC Press ISBN 978 1 4398 0874 0 a b Takeuchi Noboru 2009 Nanociencia y Nanotecnologia Fondo de Cultura Economica ISBN 978 607 16 0154 4 Zhang C 2014 The Potential Use Of H102 Peptide Loaded 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