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Nanomedicina
- 1. 010463159-3 Nanomedicina Autor: Diego Mauricio Marín Zúñiga Universidad Politécnica Salesiana Facultad de Ingeniería Eléctrica Cuenca, Ecuador dieguez08@hotmail.com Nanomedicina II. DESARROLLO DE CONTENIDOS Se trata de una de las vertientes más prometedoras dentro de los potenciales nuevos avances tecnológicos en la medicina. Podríamos aventurar una definición situándola como rama de En la línea del tiempo son varios los avances la nanotecnología que permitiría la posibilidad de curar enfermedades desde dentro del cuerpo y al nivel celular o tecnológicos en la medicina pero a continuación se van a molecular. Se considera que determinados campos pueden ser presentar los avances más relevantes en los últimos objeto de una auténtica revolución, especialmente: años, por lo que gracias a estas adquisiciones monitorización, reparación de tejidos, control de la evolución electrónicas se han ido perfeccionando, se han ido de las enfermedades, defensa y mejora de los sistema biológicos humanos, diagnóstico, tratamiento y prevención, siendo más amigable con el paciente y agregando alivio del dolor, prevención de la salud, administración de nuevas funciones por lo que hoy en día se tienen medicamentos a las células, etc. Todos ellos constituirían aparatos más sofisticados que ahorran tiempo y nuevos avances tecnológicos en la medicina que la presupuesto en lo que era la medicina antigua: posicionarían en una nueva era científica y asistencial. Dentro de los avances científicos más significativos se encuentran biosensores, nuevas formas de administrar medicamentos más Avance Año directos y eficaces y el desarrollo de nuevos materiales para W.C Roeting descubre los rayos X. 1895 injertos, entre otras. Se utiliza por primera vez un microscopio 1921 (endoscopia). Palabras Clave—Nano medicina, monitorización, Se usa por el primer riñón artificial. 1941 P.M Zoll implanta el primer marcapasos. 1952 biosensores, injertos. Se obtiene el modelo de doble hélice del ADN 1953 Se realiza el primer trasplante de corazón entre 1967 I. INTRODUCCIÓN humanos. Se fecunda el primer bebe in Vitro (cultivo en probeta) 1978 LA aplicación de la nanotecnología a la investigación Se inicio el programa de Análisis del Genoma 1991 biomédica se remonta al menos unas pocas épocas atrás, Humano. cuando las técnicas de la ingeniería genética hicieron Tabla 1. posible la manipulación del DNA (o ADN). Las aplicaciones médicas de las tecnologías A. D I A G N Ó S T I C O nanoescalares tienen el potencial de revolucionar el cuidado de la salud al brindar poderosas herramientas El diagnóstico in vitro ofrece una mayor flexibilidad de para diagnosticar y tratar las enfermedades desde un diseño, ya que normalmente se puede aplicar a pequeñas nivel molecular. muestras de fluidos corporales o de tejidos, a partir de los cuales se puede llevar a cabo una detección El nanodiagnóstico es la identificación de enfermedades específica (de patógenos o defectos genéticos, por en sus estadios iniciales, cuando el desarrollo es muy ejemplo) en tiempos muy cortos, con gran precisión y limitado, mediante la utilización de nanodispositivos o sensibilidad. Debido a estas diferencias fundamentales, directamente de nanopartículas. Se pretende así obtener se prevé que la detección in vitro llegue al mercado de una capacidad de respuesta más rápida que permita una forma mucho más rápida y se pueda consolidar más aplicar el tratamiento adecuado a una enfermedad fácilmente que los métodos in vivo. El empleo de específica o reparar tejidos u órganos dañados, nanopartículas semiconductoras, metálicas y magnéticas ofreciendo, por lo tanto, más posibilidades de como agentes de contraste para marcaje in vivo, y el recuperación. diseño de biosensores basados en nanopartículas metálicas para aplicación in vitro son toda una revolución científica.
- 2. desempeñan un papeldestacado en ciertas enfermedades Uno de los primeros sistemas de nanopartículas que se tumorales, como el gen p53 en los cánceres de colon y han propuesto para aplicaciones de marcaje celular e de mama. El objetivo que se pretende con estos pequeños artilugios es desarrollar técnicas que permitan identificación de zonas dañadas o tumores son las detectar cualquier enfermedad a partir de una simple nanopartículas de semiconductores, también conocidas como «puntos cuánticos» (quantum dots). Cuando el gota de sangre. Así, en pocos años, con el avance de tamaño de estos semiconductores se reduce a unos pocos estos biochips se podrá calcular el riesgo de padecer enfermedades coronarias a los 55 años o Alzheimer a los nanómetros (normalmente entre 1 y 10 nm), se produce 75. una modificación de su estructura electrónica, de tal manera que se pierde la característica estructura de El funcionamiento de estos dispositivos es sencillo. Un bandas y surgen niveles electrónicos discretos. Esta chip de ADN, también llamado array, consta de una nueva estructura electrónica les confiere una respuesta lámina delgada en cuya superficie se hacen orificios óptica (fluorescencia, en particular) que varía con el diminutos que se colocan de forma ordenada. Los agujeros se rellenan con fragmentos de ADN tamaño. Por lo tanto, se pueden fabricar puntos (oligonucleóticos), cuya secuencia se conoce de cuánticos del mismo material que emiten luz en diferentes longitudes de onda (con distintos colores) antemano. El material genético se marca con reactivos dependiendo de su tamaño, por lo que son fluorescentes o con sustancias que permitan una lectura extremadamente útiles como marcadores biológicos. con láser. La reacción de la molécula control con cada uno de los oligonucleótidos hace factible apreciar, Existen ya múltiples demostraciones de la utilidad de los gracias a la fluorescencia emitida, si alguna secuencia puntos cuánticos para la localización de pequeños responde a alguna anomalía. La suma de las distintas tumores, lo cual significa que se podría proceder a su extirpación inmediata. Sin embargo no es suficiente con interacciones entre la molécula y las secuencias se mide obtener un material de alta luminiscencia y estabilidad, de forma simultánea. Con ello, un investigador, en vez también debe llegar a su destino de forma selectiva e, de comprobar los cambios fisiólogos gen por gen, puede idealmente, eliminarse del organismo una vez realizada revisar en un momento un grupo entero de genes. La ventaja de este procedimiento es que se puede su función para evitar efectos secundarios. Uno de los predecir la propensión de una persona a padecer un problemas por resolver es la captación de las tumor y, en caso de que ya lo sufra, calibrar qué nanopartículas por los macrófagos antes de alcanzar el órgano afectado. Para ello, es necesario colocar ciertas fármacos serán más eficaces. moléculas en la superficie de las partículas que actúen El biochip se revela como un instrumento excepcional como una capa de invisibilidad y las escondan de los para averiguar las mutaciones que experimenta el bacilo macrófagos, por ejemplo con polímeros como el de la tuberculosis, así como para identificar cepas polietilenglicol. Una vez resuelto este problema, es resistentes a la penicilina. El uso del biochip se puede preciso indicarles cómo localizar el tumor, lo cual extender a la agricultura, la biotecnología y otros requiere colocar en la superficie del punto cuántico ámbitos de conocimiento. Por ejemplo, se pueden biomoléculas (biorreceptores) con afinidad selectiva evaluar las alteraciones genéticas que predisponen a una hacia un compuesto específico de la zona a reconocer (p. persona a caer en la drogadicción. ej., la célula cancerosa,). Así, hay ciertas proteínas o moléculas que se encuentran en mayor proporción en la Nanochips o Nanohilos membrana de las células cancerosas (como los receptores de ácido fólico o la hormona luteinizante) y Se ha descubierto que se pueden configurar hilos que son características de cada tipo de cáncer. Cuando ultrafinos de silicio como detectores ultrasensibles que los puntos cuánticos con el biorreceptor se acercan a una se encienda o apaguen en presencia de un virus muestra que contiene dicha proteína, se produce una individual, en tiempo real y con una gran precisión. Las reacción de reconocimiento biomolecular, de forma que posibilidades de estos detectores, que pueden ser se acumularán allí, permitiendo la detección mediante ordenados en matrices capaces de detectar literalmente iluminación con luz ultravioleta y observando su miles de virus diferentes, nos introducirán en una nueva emisión de fluorescencia característica. era en materia de diagnósticos, seguridad biológica y respuestas a brotes víricos. En el ambiente clínico, la extremada sensibilidad de los nanohilos permite detectar Biochips infecciones virales en sus primeros estadios, cuando el sistema inmunológico aún es incapaz de actuar. Con el biochip es posible conseguir en poco tiempo La detección consiste en unir nanohilos que transmitan abundante información genética ‐tanto del individuo una pequeña corriente con receptores de anticuerpos como del agente patógeno‐, que permitirá elaborar para ciertos dominios clave de virus. Cuando un virus vacunas, medir las resistencias de las cepas de la individual hace contacto con un receptor, se produce un tuberculosis a los antibióticos o identificar las momentáneo y revelador cambio en la conductancia que mutaciones que experimentan algunos genes y que da una clara indicación de su presencia. Mediciones
- 3. simultáneas, eléctricas yópticas (usando virus de La nanotecnología ofrecer la solución a este problema influenza A marcados en forma fluorescente) confirman molecular. Conjuntos de ultra pequeños cables de que los cambios en conductancia se corresponden con la silicona, cada uno fabricado para detectar una proteína unión y separación de virus individuales a los específica relacionada con el cáncer, puede detectar los dispositivos. Se comprobó que los detectores podían cambios más sutiles en la química corporal del ser distinguir virus, basándose tanto en el receptor humano (nanohilos). Estos nanosensores pueden buscar específico utilizado, como también en que cada virus se cientos, o incluso miles, de distintas biomoléculas en une a su receptor por un lapso de duración característica solo una gota de sangre. El combate de la enfermedad a antes de separarse. Esto hace minúsculo el riesgo de una escala molecular permite detectar precozmente la lectura positiva falsa. La extremada sensibilidad de las enfermedad, identificar y atacar de forma más específica matrices de nanohilos permite detectar infecciones a las células cancerígenas. Las investigaciones actuales virales en sus primeros estadios, cuando el sistema se centran en cómo utilizar la nanotecnología para inmunológico aún es capaz de suprimir poblaciones cambiar de forma radical la capacidad de la medicina virósicas. En este estadio de actividad viral comienzan a para diagnosticar, comprender y tratar el cáncer. aparecer los síntomas, pero como la cantidad de virus Investigaciones ya realizadas han logrado desarrollar aún es pequeña es difícil detectarlos y decidir un nano‐aparatos capaces de detectar un cáncer en la fase tratamiento. muy preliminar, localizarlo con extrema precisión, proporcionar tratamientos específicamente dirigidos a las células malignas y medir la eficacia de dichos Monitorización tratamientos en la eliminación de las células malignas. Se trata de la captación de imágenes en el interior del cuerpo con finalidad médica. Es posible monitorizar mediante un simple escáner, y con todo detalle, la Tratamiento de la diabetes evolución de un tumor desde una etapa temprana y por tanto también los efectos inmediatos de la medicación Se desea desarrollar un enfoque que restaure la para combatirlo. producción de insulina en respuesta a la comida en Recientemente, un equipo de investigadores individuos con diabetes, eliminando la necesidad de las estadounidenses han estado trabajando en perfeccionar inyecciones de insulina y mejorando, al mismo tiempo, el método para implantar en el organismo nanopartículas el control de los niveles de azúcar en sangre. Se pretende sensibles a la química originada por las células lograr induciendo a células específicas del intestino para cancerosas y que, además, resulten fácilmente que asuman la producción de insulina. Se ha demostrado detectables mediante un escáner convencional de previamente que es posible inducir las células K del imágenes de resonancia magnética. Estos avances intestino con el gen de la insulina para producir esta proporcionarán a los médicos una información casi sustancia en respuesta a la ingestión de alimentos, en un inmediata, detallada y fiable sobre el interior de los patrón comparable a la producción normal de insulina tumores, sobre su evolución, su tamaño, y sobre cómo llevada a cabo por el páncreas. Para trasladar esta responden sus células a la medicación. tecnología a un uso clínico, se desarrolló un novedoso método de administración del gen de la insulina a las células K del intestino utilizando nanopartículas. Estas B. T R A T A M I E N TO Y T E R A P I A nanopartículas contienen un componente llamado chitosán que protege al gen de la insulina mientras está Para el tratamiento de enfermedades, la nanotecnología en el intestino, así como a la integrasa para insertar el también supone un avance tecnológico espectacular. gen de la insulina en las células intestinales del paciente. Gracias a esta tecnología, algunas aplicaciones de A administración de genes por medio de estas tratamientos médicos están cambiando radicalmente. nanopartículas es más segura y menos inmunógena que Principalmente destacan las aplicaciones en terapias la mayoría de los agentes basados en virus utilizados médicas que citamos a continuación. habitualmente. Tratamiento del cáncer Cuando una persona contrae cáncer, su cuerpo emite unas señales de aviso mucho antes de que la medicina actual sea capaz de detectar la enfermedad. Si se pudiese detectar antes estos cambios sutiles en las células humanas, habría mayores posibilidades de salvar al enfermo. Pero los primeros cambios a nivel molecular en una persona que está en las primeras fases de un cáncer son increíblemente complejos y pueden pasar desapercibidos.
- 4. III. GRAFICAS, FOTOGRAFIAS Pero también traerá riesgos ya que la potencia de la nanotecnología podría ser la causa de una nueva carrera de armamentos entre dos países competidores, el riesgo por uso personal de la nanotecnología molecular por parte de criminales o terroristas La producción poco costosa y la duplicidad de diseños podrían llevar a grandes cambios en la economía. IV. B I B L I O G R A F Í A Grafica1. Comparación tamaños http://nanometro.galeon.com/nanomedicina.htm http://www.portalciencia.net/nanotecno/ http://www.euroresidentes.com/futuro/nanotecnologia/ nanotecnologia.htm http://managementensalud.blogspot.com/2008/12/la‐na nomedicina‐garantiza‐menores‐dosis.html http://www.nanomedspain.net/ http://www.zientzia.net/teknoskopioa/2004/nanomedic ina.html http://www.euroresidentes.com/Blogs/avances_tecnolo gicos/2004/10/nanorobots.htm Grafica 2. Tecnología en la medicina Grafica 3. Biochip IV. COLCLUSIONES La nanotecnología en la medicina está en investigación y para un futuro no muy lejano nos veremos beneficiados de esta tecnología, la mayoría de hospitales, clínicas tendrán equipos médicos altamente avanzados. En el futuro, estos sistemas se integrarán en microchips implantables que permitirán la administración programada de fármacos con un tratamiento personalizado y que, al mismo tiempo, podrán medir los parámetros vitales del paciente y trasmitir información directamente al personal médico para tener controlado al paciente mientras éste hace su vida normal.