Nanobiotecnología y nanomedicina

Paula Bergero. Investigadora de CONICET en el INIFTA (Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadas). Docente en la UNLP.

Reseña del artículo Nanotecnología, hacia un nuevo portal científico-tecnológico de Fiona M. Britto y Guillermo R. Castro (Laboratorio de Nanobiomateriales, CINDEFI (CONICET-UNLP, CCT La Plata), Dto. de Química, Facultad de Cs. Exactas, UNLP) publicado en la revista Química Viva de Diciembre de 2012, número 3 año 11

En este artículo de revisión los autores plantean ofrecen un panorama general de las aplicaciones más prometedoras de la Nanomedicina –disciplina de reciente creación, a partir de los avances de la Nanobiotecnología-, como ingeniería de tejidos, liberación controlada de fármacos, y detección precoz de enfermedades. También comentan y discuten algunas de las tendencias y desafíos actuales del área.

El artículo comienza describiendo el proceso que se denomina Nanotecnología, que esencialmente consiste en la producción de objetos tecnológicos debido a la manipulación de la materia a escala atómica y que ha generado un cambio de paradigma que involucra tanto la concepción y diseño de los objetos materiales como su producción.

Existe una definición establecida por la National Science Foundation según la cual un objeto es “nano” si alguna de sus tres dimensiones físicas está en una escala comprendida entre 1 y 100 nanómetros (un nanómetro es igual a 10^-9 metros). Así, la Nanotecnología comprende el estudio, diseño, síntesis, manipulación y aplicación de materiales funcionales, dispositivos y sistemas a través del control de la materia a escala nanométrica, y también el uso de las nuevas propiedades en esa escala.

La convergencia de la Nanotecnología con la Biología surge de pensar a las moléculas que participan en los procesos biomoleculares como lo que los autores denominan “complejas nano-bio-máquinas”. Las proteínas, ácidos nucleicos, lípidos y polisacáridos, entre otros componentes de la materia viva, tienen sus dimensiones dentro de la escala nanométrica, sugiriendo que su comportamiento está regido por las mismas reglas que se comportan los nanomateriales.

Así surgen dos amplios campos para la investigación y desarrollo: la Nanobiotecnologia, y su aplicación al cuidado de la salud, la Nanomedicina. La Nanomedicina ofrece muchísimas aplicaciones potenciales y otras que encuentran ya en el mercado. Algunas de las más prometedoras son la liberación controlada y dirigida de fármacos, la ingeniería de tejidos, el diagnóstico por imágenes y la detección temprana de patologías, de las cuales el artículo ofrece detallada descripción y que reseñaremos brevemente aquí.

Drug delivery

Es una metodología de administración de medicamentos que logra la reducción de los posibles efectos secundarios tóxicos y aumenta la eficiencia de las terapias, ya que los nanosistemas administran los fármacos de una manera programada, durante períodos prolongados, permitiendo niveles constantes de la droga en el organismo, e incluso con la habilidad de dirigir la droga hacia el sitio específico de acción.

De esta forma, las dosis necesarias se reducen y los efectos nocivos también. Los nanocomponentes actúan entonces como portadores de la droga, permitiendo controlar: cuánta se libera, en qué órganos, en qué tipo de célula, en qué tiempo y por cuánto tiempo reside el fármaco en el organismo. De especial interés resultan los nano biopolímeros, pues al tratarse de sustancias naturales tienen buena compatibilidad y degradabilidad en el organismo, ocasionando pocas reacciones adversas. Como además responden a condiciones ambientales, como el pH, pueden ser “programados”.

Ingeniería de tejidos

Conocida también como medicina regenerativa, consiste en el desarrollo de sustitutos biológicos, con la finalidad de resolver problemas clínicos y quirúrgicos asociados a la pérdida de tejido o al fallo funcional de órganos. Los materiales y terapias tradicionales que se usan en este campo presentan una serie de problemas de biocompatibilidad, degradabilidad, y como el rechazo por inflamación e infección, que serían resueltos por el desarrollo de nanosistemas híbridos biocompatibles, con propiedades mecánicas, eléctricas y de superficie que se acerquen a las de los tejidos reales.

Actualmente el área de mayor desarrollo es la regeneración del tejido óseo, también está bajo el foco de la Nanoingeniería de tejidos la regeneración de vasos sanguíneos y neuronas, y los implantes dentales. Finalmente, el avance de esta rama de la Nanociencia dependerá del entendimiento que se logre de de las interacciones entre los nanomateriales y las células, a nivel molecular.

Detección y diagnóstico

El objetivo de este campo es el desarrollo de sistemas de análisis y de imagen utilizando nanobiomateriales, que superen la velocidad, sensibilidad y selectividad de los métodos existentes para el diagnóstico temprano de enfermedades. La clave para este desafío es potenciar las propiedades ópticas y eléctricas especiales de los nanomateriales con la capacidad de reconocimiento específico del material biológico. Los nanomateriales actúan aquí como biosensores, compuestos de un receptor biológico (por ejemplo, enzimas, ADN, anticuerpos) y dispositivo que envíe una señal medible, que –sin necesidad de otras sustancias que actúen de contraste- trabajan in vitro sobre pequeñas muestras de tejido.

Por otra parte, para los estudios que sí requieren el empleo de sustancias de contraste, la utilización de nanopartículas metálicas, semiconductoras o magnéticas como agentes de contraste provee mejoras significativas en la precisión de imágenes obtenidas in vivo. La aplicación más conocida son los “puntos cuánticos”: nanopartículas semiconductoras, muy útiles como marcadores biológicos gracias a su fluorescencia. Como esta propiedad es dependiente del tamaño de las partículas, pueden obtenerse puntos cuánticos que emiten de modo intenso y bien definido en una amplia gama de colores, mejorando la calidad de la imagen en resonancias magnéticas, tomografías computadas, imágenes de fluorescencia, etc.

Sin embargo, su uso no está muy extendido pues estas sustancias resultan actualmente costosas, y tampoco se conoce completamente su efecto en el organismo.

Nanotoxicología

Como puede apreciarse a lo largo del trabajo de Britto y Castro, son numerosas las aplicaciones de interés, con vistas a un uso extendido. Sin embargo, aún no se conocen completamente los alcances y consecuencias del uso de los nuevos materiales y tecnologías, de modo que los estudios toxicológicos de los mismos presentan una gran importancia a nivel mundial. Así, la Nanotoxicología tiene como objetivo el desarrollo de protocolos para la fabricación, uso, reciclaje, y descontaminación de nano-objetos, teniendo en cuenta que muchas de las propiedades de los nanomateriales dependen del tamaño de su particulado. Por ejemplo, las propiedades ópticas del oro -en particular, su color- dependen vistosamente del tamaño de las nanopartículas.

En cuanto al impacto de los nanoproductos sobre el medio ambiente, aún resta resolver cuestiones como la evaluación del ciclo de vida, la cuantificación de su emisión, los efectos sobre la cadena alimentaria, entre otros.

A modo de conclusión

El trabajo plantea interesantes observaciones respecto de las nuevas disciplinas. Además de la necesidad de seguir investigando en ellas, los autores reafirman la necesidad del trabajo conjunto entre áreas académicas, gobiernos y empresas que promuevan la inversión en investigación y desarrollo. También resaltan su naturaleza interdisciplinar y su consecuente requerimiento de profesionales especialmente formados en el área.

Con los potenciales de las nanociencias y nanotecnologías, en combinación con los factores antes mencionados, y bajo una correcta implementación, los autores auguran un salto cuali y cuantitativo en la solución de los problemas de los países en desarrollo, y más aún, en el futuro de la humanidad.

Artículo original disponible en http://www.quimicaviva.qb.fcen.uba.ar/