Nanotecnología y salud: pasado, presente y futuro

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Laboratorio de Nanobiotecnologia
Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas
Universidad de Chile
Nanotecnología y salud: pasado, presente y futuro
Dr. Marcelo J. Kogan
Universidad de Chile
mkogan@ciq.uchile.cl
¿Que es la nanotecnología?
“Es el estudio, diseño, síntesis, manipulación, aplicación de
materiales y sistemas funcionales. Así como el
aprovechamiento de sus fenómenos y de sus propiedades
a escala nanometrica”
0,000000001m = 1x10-9 metros
Nanoestructuras
0.1 mm
3 mm
7 um
500 nm
1 nm
1-100 um
20 nm
1-10 mm
100 nm
0.28 nm
2.5 mm
10 nm
10 mm
2 um
10 nm
1 nm
3 nm
1 nm
5 mm
Microscopía
Electrónica/
Microscopía
de fuerza atómica
Nanoestructuras
Microscopía Óptica
0.1 mm
3 mm
7 um
500 nm
1 nm
1-100 um
20 nm
1-10 mm
100 nm
0.28 nm
2.5 mm
10 nm
10 mm
2 um
10 nm
1 nm
3 nm
1 nm
5 mm
La nanotecnología en épocas
inmemorables
Uso de coloides de oro en medicina por los egipcios para
conservar la juventud
La nanotecnología se conoce desde épocas inmemorables
Copa de Licurgo: Museo Británico
La copa de Licurgo data del siglo IV (DC): Probablemente, fue hecha en Roma y en ella se relata
una escena de un rey griego que tenía un fuerte temperamento, y por ello, fue condenado a estar
atrapado entre viñedos.
Nanopartículas de oro de aprox. 20 nm
obtenidas por Faraday en 1857
(Museo Británico)
20 nm
Avances Tecnológicos ha conducido a un gran
avance en nanotecnología
Microscopía Electrónica
1951
Microscopía de Efecto Túnel
1980
Manipulación de átomos
1985
Fuerte Inversión en Nanotecnología
Claassens, C.H. Nanotechnology in South Africa. Nano 7 (2008)
Propiedades de las nanopartículas
• Pequeño tamaño (1-100 nm)
• Elevada superficie en relación a su volumen
• Elevada reactividad
• Propiedades ópticas (nanopartículas metálicas)
Propiedades de las nanopartículas
Oro a granel
Soluciones de nanopartículas de oro
Elevada reactividad
Efectos de interacción
Nature Materials, 2009, July 2009, 554
Autoagregación de nanopartículas de cobalto para dar origen a estructuras supramoleculares
Cobalt nanoparticles 12 nm in diameter evaporated from a colloidal solution into an ultrathin amorphous C film.
http://www.ffn.ub.es/ritort/payr.seminars.html
Efecto plasmón: color, forma y tamaño
Nanoesféras de oro y plata (AuAg)
Nanobarras de oro de
diferentes relaciones
largo/ancho
Nanoprismas de plata de
diferentes largos
Nanometals: formation and color. L. M. Liz-Marzán, “Materials Today”, 2004,
2004 7, 26-31.
Propiedades nanopartículas metálicas
Ópticas - Nanoesferas
Composición
nanopartícula
Entorno
Tamaño y
forma
Figura 1. Representación de la resonancia de plasmón de superficie en
nanoesferas de metales nobles
Distancia
interpartícula
Las nanopartículas metálicas absorben energía y la disipan de
manera local
Láser o microondas
(baja potencia)
Las nanopartículas metálicas absorben energía y la disipan de
manera local
Laser o microondas
(baja potencia)
Cirugía molecular
Espectro electromagnético
Ventana Biológica: elevada penetración de la
radiación en los tejidos
Aplicaciones de Nanopartículas
Nanopartículas en medicina
Dendrímeros
Nanoliposomas
Nanopartículas
metálicas
Micelas
Fulereno
Nanotubos de
carbono
Nature Reviews/Neurology, 8, june 2012
Aplicaciones en Medicina
Destrucción de tumores por irradiación (cáncer)
Destrucción de agregados tóxicos proteicos (Alzheimer)
Efecto antibiótico (infecciones)
Diagnostico por imágenes (mejorar el contraste de la
imagen de tumores)
Mejorar la entrega de fármacos a diferentes regiones
(aumenta la selectividad en cáncer)
Teranosis (diagnóstico y terapia)
Aplicaciones en Medicina
Destrucción de tumores por irradiación (cáncer) con
nanoparticulas de oxido de hierro
Aplicaciones en Medicina
Destrucción de agregados tóxicos proteicos involucrados en la enfermedad de
Alzheimer
Destrucción de agregados proteicos tóxicos
(Alzheimer)
Destrucción de agregados proteicos tóxicos
(Alzheimer)
Micrografías microscopia electrónica donde se evidencia la desagregación de agregados de la proteína β-amiloide,
utilizando nanoesferas de oro y el péptido CLPFFD, mediante la aplicación de irradiación microondas.
Kogan, MJ. Et al. Nanoparticle-Mediated Local and Remote Manipulation of Protein Aggregation. Nano Letters. 2006, 6(1) 110-115.
Aplicaciones en Medicina
Efecto antibiótico con nanopartículas de plata y con
nanopartículas de cobre
Azocar y cols. Materials Chemistry and Physics 137 (2012) 396-403
Aplicaciones en Medicina
• Diagnostico (mejorar el contraste de las
imágenes de tumores)
CANCER RESEARCH 60, 6641–6648, December 1, 2000
Aplicaciones en Medicina
Mejorar la entrega de fármacos a diferentes regiones
(mayor selectividad, reducción de efectos tóxicos)
J. Phys. D: Appl. Phys. 36 (2003) R167–R181
Efecto EPR (Enhanced Permeation Retention)
Aplicaciones en Medicina
Teranosis (diagnostico y terapia)
Nanopartículas empleadas en clínica
¿Cómo se distribuyen las partículas en el organismo?
¿Llegan al cerebro?
¿Son tóxicas?
Las nanopartículas llegan al cerebro.
Pardes, Guerrero, Araya, Salas, Kogan MJ. Et al, Biomaterials 33 (2012) 7194-7205
Biodistribution of C(GNP)LPFFD by PET
Figure 4. Representative image of a 120 min PET scan after an intravenously injection of a 5.2 nM solution
of C(AuNP)LPFFD–C(AuNP)K([18F]-SBF) in rats.
Guerrero S., Kogan MJ. et al, Bioconjugate Chem., 2012, 23, 3, 399
Nanotoxicologia
ACS Nano (2009) 6, 1230.
No son toxicas
(Análisis histopatológico en ratas)
C. Lasagna-Reeves , Kogan MJ et al. / Biochemical and Biophysical Research Communications 393 (2010) 649–655
Publicaciones relacionadas con
nanotecnologia (internacional)
Regulatory Toxicology and Pharmacology
Volume 59, Issue 1, February 2011, Pages 47–52
Allianz Global Corporate & Specialty
Publicaciones en Chile
L.Barrientos, G. Gonzales, Nanotechnolgoy in Chile, 2009
Nanotecnología en Chile
•Hay alrededor de 30 grupos de investigación en el área.
•Es necesaria la creación de infraestructura para el desarrollo de la
nanotecnología. Por ejemplo, a través de la adquisición de equipamiento para la
caracterización de nanomateriales.
•Concentrar recursos en un centro de equipamiento mayor administrado por
CONICYT en el que exista acceso tanto a los grupos universitarios como a los
grupos privados.
•Formación de recursos humanos.
•Creación de un Ministerio de Ciencia y Tecnología.
Nanotecnología y Salud
• Se espera que la nanotecnología realice una gran
contribución a la medicina a través del aporte de terapias
mas selectivas y efectivas
• Contribuir a la teranosis (diagnostico y terapia en un solo
procedimento)
• Se deben evaluar los potenciales efectos tóxicos de las
nanopartículas.
Natura libre. Salvajes. Ni transgenia ni nanotecnología
Laboratorio de Nanobiotecnologia
Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas
Universidad de Chile
Gracias por su atención!!!!!!!
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