Nanotecnologia

NANOMEDICINA: ASPECTOS GENERALES DE UN FUTURO PROMISORIO Y APLICACIONES A LA MEDICINA

RESUMEN

La nanotecnología comprende la creación, manipulación y utilización de materiales en el orden nanometrico (10-9 m) y su aplicación en los campos de la química, la biología, la física, la ingeniería y en especial la medicina, se ha traducido en trascendentales avances en la ciencia. La hoy denominada nanomedicina ha comportado significativos adelantos en la monitorización, la reparación de tejidos, el diagnostico, el tratamiento y la prevención de enfermedades mediante el uso de herramientas como nanosensores, nanopartículas y nanotubos, y en el futuro cercano nanorrobots capaces de penetrar en el organismo humano para repararlo. La nanotecnología se encuentra en una fase de crecimiento y ha capturando el interés de empresas, gobiernos e inversionistas que buscan desarrollar productos útiles para aplicarlos en diferentes esferas, especialmente en medicina.

La nanotecnología se define como el estudio, la síntesis, el diseño, la caracterización, la producción y la aplicación a niveles atómicos y moleculares en una escala de 1 a 100 nm, de estructuras, dispositivos y sistemas. Los objetos de tamaño nanometrico son, entonces, de cien a diez mil veces más pequeños que las células de los mamíferos. Dentro de un contexto multidisciplinario, su fin primordial es mejorar la calidad de vida y promover el desarrollo humano. Esta nueva ciencia ofrece soluciones en el diagnóstico, la prevención y el tratamiento de enfermedades, reduce el consumo de materias primas, organiza y desarrolla procesos productivos, y diseña y crea nuevos productos con características novedosas, entre muchos otros usos, mediante procedimientos sostenibles para el ambiente. El primero en hacer referencia al concepto de nanotecnología y visualizar sus alcances fue Richard Feynman en su discurso de 1.959 titulado There is plenty of room at the botton, en el cual plantea la posibilidad de manipular materiales a escala atómica y molecular. Otros pioneros en esta área fueron Richard Smalley, Robet Curl y Harold Kroto, quienes descubrieron un tipo de molécula de carbono hasta entonces desconocida a la que llamaron fullereno (buckyball) la cual ha sido esencial en el desarrollo de la nanotecnología. Eric Drexler, ingeniero estadounidense, ha sugerido la posibilidad de que robots desarrollen funciones específicas y lleven a cabo tareas similares a las de la maquinaria de transcripción y traducción celular para la síntesis de proteínas. En la actualidad la nanotecnología constituye una herramienta que favorece el rápido avance de la ciencia con aplicaciones en la química, la biología, la física, la ingeniería y la medicina (Puurunen y Vasara, 2007, p. 1287; Sahoo et al., 2007, p.20), áreas en las cuales constantemente surgen alternativas para el diseño de metodologías que proporcionen herramientas benéficas y ventajosas para la sociedad.

NANOTECNOLOGÍA: MATERIALES Y APLICACIONES GENERALES

La nanotecnología es uno de los campos que despierta mayor interés en la investigación mundial del siglo XXI. Gracias a sus avances se han desarrollado productos a partir de nanomateriales cuyo objetivo es sustituir equipos, materiales y reactivos químicos que puedan resultar costosos o dañinos para el ambiente. Por lo general, son estructuras elaboradas artificialmente a base de carbono, silicio y metales como oro, plata, cadmio y selenio, entre otros Los nanomateriales pueden ser de diferentes tipos, entre ellos nanocristales, nanofibras, nanocables, nanoparticulas y nanotubos, cuyas propiedades mecánicas, electrónicas, ópticas, magnéticas y catalíticas, son de gran utilidad útiles en una amplia gama de aplicaciones.

Las propiedades físicas y químicas de algunos nanomateriales suelen ser las mismas o si no similares a las del material en la escala convencional; sin embargo, en algunos casos estas características se modifican de acuerdo con el tamaño de la partícula. Hay varias razones por las cuales ocurre este cambio en el comportamiento físico y químico. En primer lugar, las distintas propiedades termodinámicas pueden ser alteradas por la presencia de curvaturas, por el área superficial y por la energía superficial libre, entre otros factores. Finalmente, está el simple hecho de que a medida que disminuye el tamaño de las partículas la proporción de átomos que se encuentran en su superficie aumenta drásticamente Entre los nanomateriales más empleados están los fullerenos (molécula de 60 átomos de carbono de forma esférica) y los nanotubos, estructuras tubulares de diámetro nanometrico conformadas por varias láminas de grafito u otro material (silicio, dióxido de titanio, entre otros) enrolladas sobre si mismas. Poseen propiedades eléctricas muy interesantes como conducir la corriente eléctrica cientos de veces más eficazmente que los tradicionales cables de cobre, y cuentan con características mecánicas y elásticas especiales, por lo que pueden ser usados en diferentes campos. Un ejemplo de ello es el empleo de nanotubos de carbono en la industria por ser cien veces más fuertes que el acero. Así mismo, en el área de la medicina se emplean en el tratamiento del cáncer y como sistema de transporte de fragmentos de ADN dentro de la célula.

QUE ES LA NANOMEDICINA?

Una subdisciplina de la nanociencia es la nanomedicina y es una de las vertientes más prometedoras dentro de los muchos avances tecnológicos todavía en estudio, ya que brinda la posibilidad de diagnosticar y tratar enfermedades a nivel celular y molecular. 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.

Por ejemplo, nanoparticulas de óxido de hierro son utilizadas en terapias contra el cáncer; el oro coloidal se usa en la administración sistémica de sustancias biológicas; las nanoparticulas de plata son útiles en recubrimientos antimicrobianos para varios dispositivos implantados y en catéteres; las nanoparticulas de óxido de hierro superparamagneticas se emplean para marcar las células trasplantadas, y de esta forma hacerle un seguimiento in vivo al proceso de recuperación del paciente. Estructuras como dendrimeros, nanoesferas, nanoporos y puntos cuánticos, han sido desarrolladas para diagnosticar de manera temprana y tratar eficazmente enfermedades de difícil manejo, como el infarto cardiaco, el cáncer, la diabetes, la insuficiencia renal, la infección por el virus de la inmunodeficiencia humana y en patologías neurodegenerativas como el Alzheimer y el Parkinson. La nanomedicina ofrece alternativas tecnológicas para la monitorización, el control, la construcción, la reparación, la defensa y la mejora de todos los sistemas biológicos humanos, trabajando a niveles moleculares mediante dispositivos de ingeniería y nanoestructuras. Se prevé que en el futuro las nanomaquinas o nanorrobots podrán ser introducidos en el organismo humano para reparar danos celulares e igualmente para controlar, prevenir y diagnosticar patologías que aún no pueden ser intervenidas por el hombre, aunque probablemente deban transcurrir décadas hasta que esta tecnología esté disponible.

“Aplicaciones de la nanotecnología”

INTRODUCCIÓN

La Nanotecnología es un campo de las Ciencias Aplicadas, enfocado al diseño, síntesis, caracterización y aplicación de materiales y dispositivos en una escala nanométrica (1 y 100 nm).1 Es una ciencia muy joven, su desarrollo como disciplina comenzó a finales de la década de los 90 del pasado siglo. Por definición es transdisciplinaria, se aplica en la industria, agricultura, biología, física, química, farmacia, ecología, informática, entre otras. A pesar de que solo se viene trabajando en ella hace poco más de 10 años promete revolucionar el mundo que conocemos hoy con grandes esperanzas en el campo de la medicina. Es una ciencia compleja. Sus productos inundan hoy el mercado mundial y se ha convertido en la ciencia donde más se invierte en investigación y desarrollo a nivel mundial. Ha devenido suceso mediático para los medios de comunicación, tales son los casos del surgimiento de prestigiosas revistas como Nanomedine y Nanotechnology y ha inundado la sociedad con la promesa de un mundo mejor.

Aunque aún los investigadores no se ponen de acuerdo en enmarcar los inicios de la Nanotecnología, todos coinciden en destacar a Richard Feynman como el precursor de esta apasionante ciencia. Este destacado científico y premio Nobel de Física impartió en 1.959 una memorable conferencia donde expuso por primera vez las ideas de fabricar objetos «átomo por átomo», recalcando que las leyes de la Mecánica Cuántica no excluían la posibilidad de construir maquinas del tamaño de moléculas.

Las ideas de Feynman, como todo gran visionario, no tuvieron gran repercusión hasta al menos dos décadas después, cuando otro investigador destacado Eric Drexler, a comienzos de la década de los 80; insinuó la posibilidad de crear sistemas tecnológicos a nivel molecular. En 1986, Drexler publicó el libro Los motores de la creación, en el que avizoró el futuro de lo que se ha dado a llamar Nanotecnología molecular.

A partir del advenimiento del siglo XXI, comenzó a tener auge la Nanotecnología como ciencia, avizorándose

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