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La nanotecnología en medicina

La-nanotecnología en la medicina

¿Qué es la nanotecnología?

La nanotecnología es la disciplina que se apoya de la física, química, biología e ingeniería, y que tiene como objetivo aplicar el conocimiento de la nanociencia para realizar manipulaciones de manera precisa de la materia a escala nanométrica. Todo esto con el fin de fabricar materiales, estructuras, dispositivos y sistemas. La nanotecnología en la medicina y en muchas áreas ya es toda una revolución.

En esta área se trabaja a escalas muy pequeñas, del orden del nanómetro. El cual es la unidad de longitud del Sistema Internacional de Unidades (SI) que equivale a unas mil millonésima parte de un metro (1 nm = 10-9m, 1 nanómetro = 0.000000001 metros.) El símbolo del nanómetro es nm.

Importancia de la nanotecnología en la medicina: Nanomedicina

Uno de los campos que presenta un gran potencial para mejorar la calidad de vida, tratando y diagnosticando enfermedades es la Nanomedicina, ciencia que surge de la relación entre la nanotecnología y la medicina.

Podemos ver que esta da paso a un gran campo en el que hay infinitas posibilidades, la nanomedicina está dejando de ser ciencia-ficción para convertirse poco a poco en una realidad esperanzadora. De hecho, hoy en día, ya hay ciertas aplicaciones en nuestras vidas que surgen de unir la nanotecnología y la medicina.

La nanomedicina es la aplicación de la nanotecnología en el campo de la medicina, que tiene como fin, mejorar la calidad de vida de los seres humanos, combatiendo las enfermedades a través de procesos innovadores de tratamientos y diagnósticos.

Su principal objetivo es combatir las enfermedades no infecciosas, cáncer, y enfermedades degenerativas. Para esto, se trabaja en crear dispositivos muy pequeños («cazadores moleculares») que puedan interceptar a las células cancerosas, para destruirlas y librar al organismo del cáncer.

Aplicaciones de la nanotecnología en la salud

A continuación, veremos una serie de ejemplos de como se aplica la nanotecnología en la medicina, veremos desde como trabajan pequeñísimas partículas (nanopartículas) dentro del cuerpo humano; como una breve descripción de la ingeniería de tejido y como se está aplicando la nanomedicina en el mundo de la física médica.

Nanopartículas contra el cáncer y otras enfermedades

Una de las grandes líneas de investigación de la nanotecnología y la medicina es la creación de dispositivo de tamaño mucho menor que las propias células de nuestro cuerpo, y que sea capaz de llegar a los tejidos dañados para liberar fármacos que ayuden a sanar o mitigar la propagación de dicha enfermedad.

En este sentido, cobra vital importancia las nanopartículas (pequeñas partículas de un material específico, invisibles para el ojo humano con dimensiones menores a 100 nm, y que tienen la capacidad de atravesar las membranas del citoplasma o nucleares para poder insertar los medicamentos, o algún tipo de material con el fin de curar alguna enfermedad).

Nanotecnología en medicina. Nanopartículas.
Imagen 4. Diferentes tipos de nanopartículas, pueden ser de material orgánico como inorgánico. Fuente: Gutiérrez, G. (2018). Nanomedicinas contra el cáncer.

Tratamientos

El objetivo de los tratamientos se basa en el diseño y liberación de fármacos, construcción de nanomateriales biocompatibles, medicina regenerativa, mejora de técnicas terapéuticas.

Nanomedicina. Esquema de liberación de fármacos
Imagen 5. Proceso en el que se muestra a una nanopartícula portando fármacos específicos y la manera en como interaccionar con una célula cancerígena. Crédito: J. M. de la Fuente, Instituto de Nanociencia de Aragón (INA).

Actualmente, unas de los primeros métodos para combatir el cáncer es la quimioterapia. Sin embargo, el daño colateral que produce la misma es sistémico. Los efectos secundarios (náuseas, caída del cabello, pérdida de fuerza, etc.) son tan graves que algunos pacientes muchas veces prefieren no optar por ella.

Los efectos secundarios dañinos de tratamientos de quimioterapia comúnmente, son productos de la ineficiencia del método en sí al momento de la distribución del fármaco, ya que no tienen un 100% de precisión a la hora de identificar las células cancerígenas y pueden atacar incluso a las células sanas.

Cualquier persona que haya experimentado los fuertes efectos secundarios de la «quimio», entenderá completamente el enorme potencial que presentan las nanopartículas para atacar los tumores. Estas son como bombas inteligentes que seleccionan y se dirigen con precisión a las células cancerosas. Muy diferente a la quimioterapia que se disemina por todo el cuerpo.

Es por esto, que se trabaja cada día para mejorar y combinar efectivamente las nanopartículas y los fármacos que se usan en la quimioterapia o anticuerpos específicos, para reducir eficazmente el tamaño de tumores y la metástasis, y sin provocar daños secundarios. Estos anticuerpos, se colocarán en estas nanopartículas que funcionarán como «vehículos de transporte» y se inyectarán al torrente sanguíneo, para que viajen exactamente al lugar donde están las células cancerosas y poder atacarlas.

Diagnóstico

El objetivo desde un punto de vista del diagnóstico, es incrementar la sensibilidad y especificidad de las técnicas convencionales, las innovadoras y la fabricación de nanobiosensores.

Mejorar la detección temprana del cáncer, antes que se disemine por el cuerpo, tiene el potencial de reducir sustancialmente la mortalidad relacionada a los distintos tipos de tumores. Es por esto, que se trabaja para detectarlos en sus estados iniciales, es decir, a nivel molecular o celular.

Detectar temprano los tumores, permitirá que se pueda actuar de manera inmediata para aplicar los tratamientos adecuados al paciente, elevando las oportunidades de erradicar los tumores.

Para tener un punto de referencia y reflexión, el cáncer de pulmón es la primera causa de muerte por cáncer.

La Sociedad Americana Contra El Cáncer estima que para el año 2020 en los Estados Unidos: se diagnosticarán alrededor de 228,820 nuevos casos de cáncer de pulmón (116,300 hombres y 112,520 mujeres). Alrededor de 135,720 personas morirán a causa de cáncer de pulmón (72,500 hombres y 63,220 mujeres).

Ingeniería de tejidos

El objetivo de crear biomateriales es para poder regenerar, sustituir o reparar tejidos y órganos de nuestros cuerpos.

Es por esto que, las líneas de investigación en este campo, procuran desarrollar implantes médicos que estén diseñados para interactuar con nuestro organismo y haya una mayor biocompatibilidad. 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 regenerarse.

Uno de los hitos es el desarrollo de las denominadas nanofibras que se pueden ver en vendajes y textiles quirúrgicos, materiales utilizados en implantes, ingeniería de tejidos y componentes de órganos artificiales. 

Nanotecnología en ingeniería de tejidos. Corazón hecho por impresoras 3D
Imagen 6. Científicos israelíes diseñaron en el 2019 un corazón que coincide completamente con las propiedades celulares y anatómicas del paciente en estudio. Fuente: Advanced Science News

Física médica

Se busca que a través de la nanotecnología y la medicina se pueda desarrollar nuevos sistemas de análisis y de imagen. Así como mejorar los existentes, para la detección de enfermedades en los estadíos más tempranos posibles. Y aquí, es donde entra la física médica y su importancia; una ciencia vital.

La Física médica es la aplicación de la física a la medicina, está estrechamente relacionada con el diagnóstico y tratamiento de tumores. La misma basa las investigaciones de nanotecnología, la hipertermia, desarrollo de materiales y prototipos para la prevención, el diagnóstico y tratamiento de enfermedades.

Mientras más eficaces y eficientes sean los procedimientos para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades cancerígenas mucho mayor será nuestra respuesta para combatirlas. En esta área se desarrollan nanopartículas que sean más eficientes al momento de realizar un contraste para obtener imágenes de mayor calidad y que nos permitan ver las estructuras internas del cuerpo humano.

Esto último, tiene vital importancia, ya que, se investiga cómo dirigir con mayor precisión dentro del organismo las nanopartículas con los fármacos necesarios para atacar el tumor localizado, y desde luego, que imágenes con mayor calidad, que muestren un alto grado de exactitud del tumor ayudará a dicha tarea.

Nanomedicina. Nanotecnología en medicina. Física médica.
Imagen 7. Resonancia magnética cerebral de corte transversal, donde se muestran las diferencias al usar un contraste con nanopartículas.

Futuro de la nanomedicina: ¿Qué podemos esperar para las próximas décadas?

Aún quedan grandes dudas tales como la capacidad de escalar la producción de estos nanomateriales a los niveles necesarios para su aplicación, reproducibilidad, aspectos regulatorios y éticos, posibles efectos adversos, etc. Pero sin duda, es una disciplina que llama mucho la atención, puesto que, sus aplicaciones prometen grandes revoluciones en nuestras vidas.

Nada más imaginemos que para un futuro podríamos tener nanobiosensores supersensibles que cuando una célula mute y comience a generar algún tipo de cáncer, esta sea detectada a la brevedad por el nanodispositivo y desprenda una corriente de fármacos para atacarla y así evitar metástasis en nuestro organismo. Es una idea que tal vez suene a ciencia y ficción, y de hecho lo es en estos momentos, sin embargo, es algo que probablemente para el inicio del nuevo siglo ya no sea ficción.

Se espera que tengamos nanobots inteligentes y más eficientes para que puedan navegar por nuestro flujo sanguíneo en busca de anomalías, de manera tal que puedan ser guiadas por imanes o ser autosuficientes.


Referencias

Farrell, B. (2013). Utilizando nanopartículas de óxido de hierro para diagnosticar enfermedades inflamatorias del SNC y LPSNC. Recuperado de: https://n.neurology.org/content/neurology/suppl/2014/04/22/WNL.0b013e31829bfd8f.DC2/farrell.pdf

Gutiérrez, G. (2018). Nanomedicinas contra el cáncer. Tesis de grado. Universidad Complutense. España.

Kaku, M. (2011). La física del futuro: como la ciencia determinará el destino de la humanidad y nuestra vida cotidiana en el siglo XXII. Editorial: Titivillus.

Fuentes, J. (2014). La revolución de la nanotecnología en la medicina del futuro. El mundo. Recuperado de: https://www.elmundo.es/ciencia/2014/03/25/5331560a268e3e8a688b4571.html

Centro de investigación biomédica en red. (2018). Desarrollan nanopartículas que mejoran el contraste en imágenes de resonancia magnética y facilitan el diagnóstico clínico. Recuperado de: https://www.ciberisciii.es/noticias/desarrollan-nanoparticulas-que-mejoran-el-contraste-en-imagenes-de-resonancia-magnetica-y-facilitan-el-diagnostico-clinico

Fornaguera, C., y García,M. (2017). Personalized Nanomedicine: A Revolution at the Nanoscale. Journal of Personalized Medicine. Recuperado de: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5748624/pdf/jpm-07-00012.pdf


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