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La nanotecnología se refiere al uso artificial de partículas de tamaño nanométrico (típicamente de 1 a 100 mil millonésimas de metro) para aplicaciones industriales o médicas adecuadas a sus propiedades únicas. Las propiedades físicas de los elementos y materiales conocidos pueden cambiar a medida que su relación superficie / área aumenta drásticamente, i. mi. cuando se alcanzan los tamaños de nanoescala Estos cambios no tienen lugar cuando se pasa de macro a micro escala.
Los cambios en las propiedades físicas tales como las propiedades coloidales, la solubilidad y la capacidad catalítica se han encontrado muy útiles en áreas de la biotecnología, como la biorremediación y la administración de fármacos.
Las propiedades muy diferentes de los diferentes tipos de nanopartículas han dado lugar a nuevas aplicaciones. Por ejemplo, los compuestos conocidos por ser generalmente materiales inertes pueden convertirse en catalizadores. El tamaño extremadamente pequeño de las nanopartículas les permite penetrar las células e interactuar con las moléculas celulares. Las nanopartículas a menudo también tienen propiedades eléctricas únicas y son excelentes semiconductores y agentes de formación de imágenes. Debido a estas cualidades, la ciencia de la nanotecnología ha despegado en los últimos años, con pruebas y documentación de un amplio espectro de usos novedosos para nanopartículas, particularmente en nanomedicina.
El desarrollo de nanotecnologías para aplicaciones nanomédicas se ha convertido en una prioridad de los Institutos Nacionales de Salud (NIH).
Entre 2004 y 2006, el NIH estableció una red de ocho Centros de Desarrollo de Nanomedicina, como parte de la Iniciativa de la Hoja de Ruta de Nanomedicina de los NIH. En 2005, el Instituto Nacional del Cáncer (NCI) comprometió 144. 3 millones en 5 años para su programa "Alliance for Nanotechnology in Cancer", que financia siete Centros de excelencia para la nanotecnología del cáncer (Kim, 2007).
La financiación respalda varios proyectos de investigación en áreas de diagnóstico, dispositivos, biosensores, microfluídica y terapéutica.
Entre los objetivos a largo plazo de la iniciativa NIH se encuentran objetivos tales como poder usar nanopartículas para buscar células cancerosas antes de que crezcan los tumores, eliminar y / o reemplazar las partes "rotas" de las células o mecanismos celulares con moléculas en miniatura, moléculas tamaño de "máquinas" biológicas, y utilizar "máquinas" similares como bombas o robots para administrar medicamentos cuando y donde sea necesario dentro del cuerpo. Todas estas ideas son factibles basadas en la tecnología actual. Sin embargo, no sabemos lo suficiente sobre las propiedades físicas de las estructuras intracelulares y las interacciones entre las células y las nanopartículas, para alcanzar actualmente todos estos objetivos. El objetivo principal de los NIH es agregar al conocimiento actual de estas interacciones y mecanismos celulares, de modo que las nanopartículas construidas con precisión se puedan integrar sin efectos secundarios adversos.
Muchos tipos diferentes de nanopartículas actualmente en estudio para aplicaciones en nanomedicina.Pueden ser estructuras de tipo esquelético basadas en carbono, como los fullerenos, o liposomas a base de lípidos tipo micelas, que ya se usan para numerosas aplicaciones en la administración de fármacos y en la industria cosmética.
Los coloides, típicamente nanopartículas liposomales, seleccionadas por sus propiedades de solubilidad y suspensión, se utilizan en cosméticos, cremas, revestimientos protectores y ropa resistente a las manchas. Otros ejemplos de nanopartículas basadas en carbono son las nanopartículas basadas en quitosano y alginato descritas en la literatura para el suministro oral de proteínas y diversos polímeros en estudio para la administración de insulina.
Se pueden fabricar nanopartículas adicionales a partir de metales y otros materiales inorgánicos, como los fosfatos. Los agentes de contraste de nanopartículas son compuestos que mejoran los resultados de MRI y ultrasonido en aplicaciones biomédicas de imágenes in vivo. Estas partículas típicamente contienen metales cuyas propiedades se alteran drásticamente a escala nanométrica. Las "nanocápsulas" de oro son útiles en la lucha contra el cáncer, en particular los tumores de tejidos blandos, debido a su capacidad para absorber radiación en ciertas longitudes de onda.
Una vez que las nanocápsulas ingresan a las células tumorales y se aplica tratamiento de radiación, absorben la energía y se calientan lo suficiente como para matar las células cancerosas. Las nanopartículas de plata cargadas positivamente se adsorben sobre ADN monocatenario y se usan para su detección. Se están desarrollando muchas otras herramientas y dispositivos para imágenes in vivo (sistemas de detección de fluorescencia) y para mejorar el contraste en imágenes de ultrasonido y MRI.
Existen numerosos ejemplos de estrategias para combatir enfermedades en la literatura, que usan nanopartículas. A menudo, particularmente en el caso de las terapias contra el cáncer, las propiedades de administración de fármacos se combinan con tecnologías de imagen, de modo que las células cancerosas se pueden ubicar visualmente mientras se están sometiendo a tratamiento. La estrategia predominante es apuntar a células específicas uniendo antígenos u otros biosensores (por ejemplo, cadenas de ARN) a la superficie de las nanopartículas que detectan propiedades especializadas de las paredes celulares. Una vez que se ha identificado la célula objetivo, las nanopartículas se adherirán a la superficie de la célula, o entrarán en la célula, a través de un mecanismo especialmente diseñado, y entregarán su carga útil.
Una vez que se entrega el medicamento, si la nanopartícula también es un agente de imágenes, los médicos pueden seguir su progreso y se conoce la distribución de la célula cancerosa. Tal identificación y detección específicas ayudarán en el tratamiento de cánceres metastatizados de fase tardía y tumores difíciles de alcanzar y darán indicios de la propagación de esas y otras enfermedades. También prolonga la vida de ciertos medicamentos que duran más tiempo dentro de una nanopartícula que cuando el tumor fue inyectado directamente, ya que a menudo los medicamentos que se han inyectado en un tumor se difunden antes de matar efectivamente las células tumorales.
Un desarrollo significativo en el tratamiento del cáncer fue el apareamiento de los tratamientos con ARNsi (ARN interferente pequeño) con la administración de nanopartículas. En 1999, el siRNA se describió por primera vez como un nuevo medio para inhibir la expresión de proteínas en las células.Sin embargo, las cadenas de ARN a menudo fueron destruidas por mecanismos celulares antes de alcanzar sus objetivos. Las nanopartículas proporcionan la protección y los mecanismos de entrega que las moléculas de ARNsi necesitan para alcanzar los tejidos diana.
Varias compañías ya han ingresado a los ensayos clínicos de terapias de ARNip administradas por nanopartículas (Alper 2006).
El autoensamblaje molecular es el fenómeno a través del cual las moléculas se ensamblan espontáneamente en formaciones definidas y estables basadas en interacciones atómicas tales como las fuerzas de enlace de hidrógeno, hidrofóbicas y de van der Waals. La construcción "de abajo hacia arriba" de nanopartículas aprovecha el autoensamblaje molecular para construir estructuras específicas basadas en nuestra comprensión de estas formaciones espontáneas. Una aplicación de esto es utilizar la especificidad del emparejamiento de bases de ADN Watson-Crick para construir ácidos nucleicos de estructuras definidas con usos particulares. En otra aplicación novedosa de autoensamblaje molecular, en desarrollo en Suiza, las proteínas de poro se introducen en nanopartículas durante el ensamblaje del polímero. Los poros se incorporan a la matriz de la superficie, y su apertura y cierre permiten la administración de fármacos específicos para ciertas condiciones ambientales (en este caso, cambios de pH) en la célula (Broz et al.
2006). Los poros a menudo se abren o cierran a medida que reaccionan al pH, la temperatura u otros factores ambientales. El uso de poros similares en nanopartículas permite la administración específica o la biodetección en condiciones celulares específicas, por ejemplo, la administración de insulina cuando los niveles de azúcar en sangre indican una necesidad.
Después de la entrega de la carga útil, a menudo es deseable que las nanopartículas se eliminen o metabolicen de alguna manera, idealmente sin efectos secundarios tóxicos.
De hecho, las ventajas de usar nanopartículas son que se pueden evitar los efectos secundarios tóxicos de la radiación y las quimioterapias tradicionales, tratando solo el tumor o las células no saludables y no dañando el tejido sano cercano. Se espera que algunas nanopartículas sean relativamente seguras debido a su propensión a disolverse una vez dentro de las células, y algunas consisten en materiales que ya se usan en biomedicina, como las nanopartículas hechas de los mismos polímeros que se usan para suturas (Bullis, 2006). Cualquiera que sea el enfoque, los beneficios de la administración de nanopartículas son enormes e incluyen una mejor biodisponibilidad de los medicamentos al dirigirse a órganos, tejidos o tumores específicos, proporcionando la dosis más alta de medicamento directamente donde se necesita y reduciendo el desperdicio y los costos debido a la descomposición antes de un droga cumpliendo su objetivo.
La nanomedicina es un área relativamente nueva de la biotecnología, pero las posibilidades de nuevas terapias y cirugías para tratar enfermedades y enfermedades como el cáncer parecen interminables. El concepto de nanorobots y máquinas de reparación celular también es viable y algún día puede ser tan común como tomar aspirinas en la actualidad.
Fuentes:
Kim, 2007. Plataformas de nanotecnología y desafíos fisiológicos para la terapéutica del cáncer.
En prensa, doi. org / 10. 1016 / j. nano. 2006. 12. 002.
Alper, 2006, nanopartículas y siRNA: socios en el camino a nuevas terapias contra el cáncer.NCI Alliance for Nanotechnology in Cancer. // nano. cáncer. gov / news_center / monthly_feature_2006_august. áspid.
Broz et al. , 2006. Hacia biorreactores inteligentes de nanoescala: un nanocontainer de polímero con función de pH, conmutable y equipado con canales. Nano Letters 6 (10): 2349-2353.
Bullis, 2006. Chemo de un solo disparo. Revisión de tecnología. // www. revisión de tecnología. com / read_article. aspx? ch = specialsections & sc = emergingtech & id = 16469.
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