Adsorción de Anti-BSA sobre oro.
Foto: Claudia Mendoza Barrera / Victor Altuzar
La nanotecnología (NT) es la comprensión y el control de la materia a escala nanométrica (0.1 a 100 nm), para crear dispositivos con nuevas propiedades químicas, físicas y/o biológicas. Esta tecnología puede proporcionar el control técnico y las herramientas para el desarrollo de innovaciones en diversas industrias como electrónica, cosmética, textil, aeronáutica, biomédica, entre otras, que sigan el ritmo de la explosión de conocimiento actual. Por su parte, la nanomedicina es la aplicación de la nanotecnología en el campo médico, la cual se enfoca al desarrollo de soluciones precisas para la prevención, diagnóstico y tratamiento de diversas enfermedades de alta incidencia social, por ejemplo, cáncer.
El cáncer es una de las enfermedades más devastadoras del mundo, con más de 10 millones de casos nuevos cada año. Se caracteriza por la división y el crecimiento celular no controlados que originan invasión regional, metástasis y finalmente termina con la vida del individuo.
La nanomedicina tiene el potencial de cambiar radicalmente la manera en que diagnosticamos y tratamos el cáncer. Desde los años 1980, los científicos e ingenieros han desarrollado la capacidad de industrializar tecnologías a esta escala, logrando buenos avances en la implementación de terapias y diagnósticos de cáncer basados en NT. Hasta la fecha, al menos 12 conjugados de polímero y fármaco han ingresado en la Fase I y II de ensayos clínicos y son especialmente útiles para dirigirse a los vasos sanguíneos en los tumores. Cuando dichas estructuras son de tamaño nanométrico, se conocen como nanoacarreadores.
Pueden ser orgánicos (por ejemplo liposomas, dendrímeros y nanoestructuras (NE) de carbono) e inorgánicos (NE metálicas bioconjugadas, nanocristales fluorescentes o nanopartículas NP de óxidos diversos). La superficie y el tamaño de los nanoacarreadores se pueden modificar de acuerdo a su aplicación. Hay dos estrategias generales para el desarrollo de NE. La primera consiste en ensamblar el material a partir de átomos y moléculas vía reacciones químicas (fotolitografía, láseres atómicos, evolución sistemática de ligandos por enriquecimiento exponencial, entre otros), los cuales se conocen como métodos Bottom-up. La segunda ruta, métodos Top Down, parten de macroestructuras que se fragmentan en partículas más pequeñas utilizando métodos mecánicos, químicos y de otros tipos. Para contribuir a la aplicación de esta tecnología en la práctica clínica en nuestro país, la Red de Investigación en Nanomateriales y sus efectos tóxicos diseña nanoacarreadores que cumplan con las siguientes características: 1) Su composición es de un material que sea biocompatible, bien caracterizado y fácilmente funcionalizable; 2) que exhiban una alta eficiencia de captación diferencial entre células cancerosas y células normales; 3) ser solubles o coloidales bajo condiciones acuosas para contar con una mayor efectividad y 4) tener una vida media circulante extendida, una tasa baja de agregación y una larga vida útil.
¿Qué aplicación tiene la NT en el terreno de las enfermedades cancerosas?. Podríamos dividirlas en 4 grupos:
1) Biosensores para diagnóstico in vivo o in vitro. Son NE que se emplean para detectar y diagnosticar el cáncer cuando se encuentra en sus etapas iniciales. A menudo permiten la posibilidad de contar con más opciones de tratamiento. En algunos casos de la enfermedad en etapa inicial surgen signos y síntomas que pueden ser notados, pero esto no siempre es así. En este sentido, se están usando nanobiosensores (por ejemplo, nanocristales fluorescentes o metales nanoestructurados) unidos a sondas de DNA o a anticuerpos para detectar proteínas específicas que son biomarcadores de cáncer.
2) Liberación de fármacos/terapia del cáncer. Las NE pueden mejorar la eficiencia terapéutica y disminuir los efectos secundarios de los medicamentos, ya que permiten dirigir el medicamento a su blanco de manera específica, empleando una menor dosis, dependiendo del tipo de enfermedad. Pueden utilizarse como vectores por vía intravenosa en el tratamiento del cáncer (por ejemplo, liposomas). Se pueden utilizar para visualizar marcadores moleculares de enfermedades y dirigir la liberación de medicamentos con reducción de efectos secundarios. Actualmente ya existen en el mercado medicamentos encapsulados en liposomas, como la doxorubicina que se usa ya en el tratamiento del sarcoma de Kaposi y en el tratamiento del cáncer de mama y de ovario. Particularmente, las NE pueden utilizarse en la tecnología de microRNA. Los RNA de interferencia pequeños (siRNA) son moléculas de 20-25 nucleótidos que se producen cuando se rompen moléculas de RNA. Estos siRNA bloquean la expresión de genes al romper el RNA mensajero por un complejo proteína/RNA conocido como complejo inducido de RNA. Algunos cánceres sobreexpresan receptores de folatos que no están presentes en células normales. De esta forma, se han unido receptores de folato a siRNA, evitado el crecimiento tumoral en modelos animales.
3) Imagenología. La nanotecnología puede mejorar mucho la visualización de los tumores. Por ejemplo, la ultrasonografía con medio de contraste con NP (de gadolinio u óxido de hierro) puede identificar la neovascularización constituida por vasos pequeños, que es común a todos los cánceres, en etapas tempranas de la enfermedad, con lo que se mejora notablemente el pronóstico. Así mismo, las NP de óxido de hierro se utilizan para obtener imágenes de resonancia magnética nuclear (RMN). De esta forma, esta tecnología favorece la detección no invasiva de células tumorales, cuando las NP se unen a Ac específicos para el tumor.
4) Imagenología óptica vital en tiempo real. Con la ayuda de microscopía vital se puede estudiar en forma tridimensional la microanatomía del tumor.
El Instituto Nacional del Cáncer de Estados Unidos considera que la tecnología de NP tiene un gran potencial en el campo oncológico. El uso en imagenología y terapéutica es un hecho. La existencia de NP multifuncionales que pueden usarse para visualizar y llevar medicamentos en forma efectiva son una realidad. Por tanto, la nanotecnología como herramienta de trabajo en Medicina, contribuirá en un futuro cercano a la detección temprana de diversas neoplasias para proporcionar un tratamiento personalizado a los pacientes.
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