Nanomedicina y nanoterapias para detección, cura y tratamiento del

Nanomedicina y
Nanoterapías para Deteccion,
cura y tratamiento del cancer
Constanza Segovia Aballay - Rodrigo Nehuén Gimenez Valenzuela
Docente: Alicia Liliana Calendino
Colegio Central Universitario Mariano Moreno
San Juan, San Juan.
1.Introducción
En esta monografía presentaremos a la Nanotecnología como herramienta primordial del desarrollo humano
y sus usos en la Medicina, utilizando como ejemplo, aquellos que mejoren el tratamiento de enfermedades
terminales como el cáncer, presentando variadas técnicas que lo permiten a través de ella.
Queremos que se tome conciencia de la acelerada evolución de la nanotecnología y su reciente implementación en la Medicina, como aporte para el conocimiento pleno de nuestro organismo, su fácil manipulación y
cura.
Esta investigación está basada en la información proveída por modernas investigaciones llevadas a cabo en
laboratorios de todo el mundo, por una amplia gama de expertos que trabajan para el desarrollo científicotecnológico y dedican su vida a ello.
2.
Capítulo I: Aspectos Generales de la Nanotecnología
2.1.Concepto
Según el Instituto Nacional de Tecnología Industrial (INTI), “la nanotecnología puede definirse como la ingeniería de la materia a escalas de menos de 100 nm con el propósito de obtener propiedades y funciones dependientes del tamaño”.
La misma posee un rango de innovación que llega desde las más avanzadas experiencias científicas, hasta la
producción industrial y la creación de los utensilios más cotidianos, debido a la facilidad que provee para el
manejo de la materia a escalas diminutas.
1.2. Historia
Para muchos, la nanotecnología surgió a partir del discurso pronunciado por el físico y ganador del Premio
Nobel, Richard Feynman en su conferencia “Hay mucho lugar al fondo” en el año 1959. Fue allí donde expuso
la posibilidad de fabricar materiales “átomo por átomo”. A partir de esto fue que comenzó una ininterrumpida
carrera tecnológica para hacer realidad esa idea, se hicieron grandes avances en la microscopía con la invención del Microscopio de Túnel de Barrido que hizo posible la observación y manipulación de la materia a
escala atómica y la producción de nuevos materiales con cualidades asombrosas.
1.3. Nanotecnología en la Vida Actual
Incluso hoy en día, la Nanotecnología se continúa viendo como algo perteneciente a la Ciencia Ficción, guardada en un futuro lejano propio únicamente de la imaginación.
Sin embargo, ya se encuentra en aplicación para la producción de bienes, salud, medio ambiente, etc. y es vista
por la comunidad científica como uno de los más innovadores y ambiciosos proyectos de la tecnología, que
fomenta la labor interdisciplinaria en diversos campos.
3.
Capítulo II: La Nanotecnología en la Medicina
Actualmente, entre los más diversos usos que se le da a la nanotecnología, probablemente uno de los más
maravillosos y útiles sea en el campo de la Medicina.
Desde siempre se ha sabido que los grandes avances en la medicina han ido a la par del desarrollo tecnológico
y científico, ofreciendo a los especialistas nuevos saberes y herramientas que han permitido crear y fortalecer
modernas formas de enfrentarse a las incontables enfermedades que aquejan a la humanidad.
La aplicación de la nanotecnología al sector de la salud ha dado origen a una nueva disciplina llamada nanomedicina, cuyo objetivo principal es el desarrollo de herramientas para diagnosticar, prevenir y tratar enfermedades cuando están todavía en estados poco avanzados o en el inicio de su desarrollo.
Nuevas terapias que desafíen los paradigmas existentes son necesarias para el tratamiento del cáncer. Para
ello, la nanomedicina utiliza dispositivos fabricados a partir de nanoestructuras capaces de interactuar a nivel
molecular con las células de nuestro cuerpo, con el fin de aplicar “nanoterapias”, dirigidas específicamente a
los tejidos y órganos enfermos y evitando dañar a las células sanas circundantes.
4.
Capítulo III: Nanoterapias para el Cáncer
Cabe aclarar que estas técnicas todavía no han sido probadas en seres humanos, la mayoría de ellas están siendo probadas en animales y algunas ya se encuentran en niveles más avanzados de las pruebas farmacológicas.
4.1.
Nanorobots
Científicos de la Universidad de Harvard (EE UU) presentaron los resultados de una reciente investigación,
un nanorobot que actúa como un glóbulo blanco, encontrando a las células cancerígenas y deteniendo su crecimiento.
El nanorobot entrega cargas de fármacos a nivel molecular a esas células específicas, utilizando un método denominado “origami de ADN”, en este proceso, las largas cadenas de ADN presentes en el nanorobot se pliegan
formando patrones específicos, luego de eso, los aptámeros (un tipo de molécula de ADN más pequeña), que
pueden reconocer a ciertos tipos de células, fijan los nanorobots a la membrana de las células dañadas.
Una vez fijados, los nanorobots liberan los anticuerpos que contienen, al igual que las células blancas, y estos,
detienen el crecimiento y reproducción de las células.
4.2.
Puntos Cuánticos
4.2.1.Definición y Características
Los puntos cuánticos son nanocristales compuestos de materiales semiconductores inorgánicos, en los cuales
se pueden crear y confinar pares de electrones. Cuando los puntos cuánticos son expuestos a la luz, los pares
de electrones se excitan y son fluorescentes. La longitud de onda de emisión se encuentra estrechamente relacionada con el tamaño de los puntos cuánticos, a mayor tamaño, mayor longitud de onda. Por ejemplo, un
punto cuántico de 3nm, emite a una longitud de onda de 520nm (luz verde), y uno de 5,5nm, emite a longitud
de 630nm (luz roja). Los puntos cuánticos usualmente se cubren con sulfuro de zinc, para aumentar la fluorescencia, y con una sustancia soluble en agua, biocompatible para habilitar la entrada y recepción en la célula.
4.2.2.Uso contra el Cáncer
Su tamaño permite detectar cambios incluso en moléculas orgánicas, como el ADN. En este caso, puede detec-
tarse un proceso bioquímico llamado “metilación de ADN”, que se produce cuando un grupo metilo se enlaza
a la citosina, uno de los cuatro nucleótidos o componentes básicos del ADN. Cuando la metilación tiene lugar
en ubicaciones específicas de genes, puede detener la producción de proteínas que suprimen a los tumores.
Cuando esto ocurre, es más fácil que las células cancerosas se formen y multipliquen. Por consiguiente, una
persona cuyo ADN tiene esta anomalía podría tener un riesgo más alto de desarrollar cáncer.
Esta terapia se conformaría como la más efectiva al momento de detectar el cáncer de manera temprana, y es
sabido por todos los expertos en el tema, que se logran éxitos más grandes en la lucha contra el cáncer, si éste
se trata en sus primeras fases de desarrollo.
4.3.
Nanopartículas de Oro
4.3.1. Definición
Las nanopartículas de metales nobles y, más específicamente, las nanopartículas de oro (AuNPs), exhiben
unas excelentes propiedades físicas, químicas y biológicas, que son intrínsecas a su tamaño nanométrico.
Destacan especialmente sus peculiares e inesperadas propiedades fototérmicas, por las que al ser activadas en
presencia de luz láser desprenden calor.
4.3.2.
Síntesis de Nanopartículas de Oro
Para la síntesis de las AuNPs se procede a la reducción del ión [AuCl4] - a Au metálico empleando NaBH4 en
DMSO, generándose átomos que actúan como centros de nucleación. Este proceso da lugar a la formación de
agregados, cuyo crecimiento continuará con la producción de átomos de oro. El resultado será la precipitación
de estos clusters, si no existe en el medio un agente estabilizador pertiolados de b CD, g CD y Pol β-CD. Las
partículas se precipitaron y lavaron con acetonitrilo, resultando ser muy solubles en agua y DMSO, pero prácticamente insolubles en disolventes orgánicos poco polares. En presencia de estas moléculas receptoras ocurre
un recubrimiento de la superficie del agregado incipiente, evitando su excesivo crecimiento y la pérdida de sus
propiedades coloidales. Esta adsorción ocurre por la formación de enlaces covalentes Au-S, que en este caso,
actúa como un ácido débil. (Fig 1)
La fortaleza de estos enlaces está dada por la alta afinidad química del grupo tiol (base blanda de Pearson) por
los átomos de oro (ácido blando).
Las nanopartículas sintetizadas tienen diámetros entre 1 y 10 nm. (Fig 2)
4.3.3. Propiedades fotoeléctricas de las AuNPs
En la escala nanométrica, las propiedades electromagnéticas, ópticas y fototérmicas de los metales nobles difieren enormemente de las de sus correspondientes productos a granel. Por ejemplo las AuNPs presentan una
coloración «rojo vino» mientras que el correspondiente oro a granel es de color amarillo.
La peculiaridad de las propiedades ópticas y fototérmicas de las AuNPs proviene de las oscilaciones resonantes de sus electrones libres en presencia de luz, gracias a la cual las nanopartículas pueden radiar luz o
absorber luz que se transforma rápidamente en calor. Por lo tanto, las AuNPs emiten un intenso calor cuando
son estimuladas con la frecuencia correcta de luz láser, así una suma de AuNPs puede calentar localmente un
área de mil veces su tamaño.
4.3.4. Administración de nanosistemas de AuNPs en el plasma
sanguíneo.
Las AuNPs son administradas en el torrente sanguíneo, y tienen como forma de detección de la célula tumoral,
los anticuerpos característicos de la misma. Esto es posible gracias a que las células cancerosas o malignas
que han perdido el control en la forma de dividirse necesiten más nutrientes y oxígeno, y es por medio de la
angiogénesis, un proceso fisiológico que consiste en la formación de vasos sanguíneos nuevos a partir de los
vasos preexistentes mediante factores de crecimiento.
Estos nuevos vasos sanguíneos hacen posible la llegada de las nanopatículas de oro a las células cancerosas y
su posterior acumulación en el tumor pero no en el tejido circundante. Las AuNPs que no llegaron a acumularse en el tumor son eliminadas del cuerpo naturalmente.
Cuando las AuNPs se han unido a dicha célula infectada, entra en el citoplasma mediante su fijación a los
transportadores de membrana de la misma.
El desarrollo de un nanosistema terapéutico basado en AuNPs, que pueda ser dirigido al lugar adecuado y
activado desde el exterior por rayos láser, ofrece incuestionables ventajas en el tratamiento del cáncer por dos
posibles mecanismos:
(a) Efecto hipertérmico localizado de las AuNPs
(b) liberación de un posible fármaco antitumoral asociado a las AuNPs, como consecuencia de la incidencia
de luz láser.
Las AuNPs pueden ser funcionalizadas con anticuerpos que se unan específicamente a las células tumorales.
La irradiación externa de las células tumorales selectivamente marcadas con las AuNPs con un láser de frecuencia en el intervalo 10-50 nm resulta en un calentamiento selectivo de 40°C – 80ºC, que da lugar a un daño
celular irreversible y a la desorganización de los componentes tisulares, a unas potencias láser muy inferiores
a las requeridas para destruir las células sanas.
La combinación de los principios de hipertermia local y liberación de fármaco en un mismo sistema se traduce
en un aumento de la eficacia terapéutica con respecto a cada uno de los tratamientos por separado: se retrasa
significativamente el crecimiento tumoral, se reduce la perfusión sanguínea del tumor y disminuye la supervivencia de las células tumorales.
4.3.5.Nanopartículas sintéticas de HDL
Las HDL-NPs son sintetizadas utilizando nanopartículas de oro como núcleos para controlar y garantizar una
forma esférica. Al igual que los HDLs naturales (conocido como colesterol bueno), los biomiméticos HDLNPs, tienen como objetivo buscar un receptor expresado por células del linfoma, que se encuentra involucrado en la captación selectiva de las lipoproteínas de alta densidad (HDL). Esto es posible gracias a que las
nanopartículas en cuestión, imitan el tamaño, la forma y la química de la superficie de las partículas de HDL
naturales.
Funcionalmente, en comparación con el HDL natural, las HDL-NPs al acoplarse con las células cancerosas
permiten manipulación diferencial del colesterol celular en las células del linfoma, limitando el flujo y bloqueando la entrada de colesterol celular. Esta combinación al reaccionar con el vinculante y relativo a la inanición
de colesterol, induce a una muerte celular selectiva.
Como tal, las HDL-NPs son agentes terapéuticos biofuncionales, cuyo mecanismo de acción es activada por
la presencia de radiación externa.
5.Conclusión
Con el aumento de la población mundial y su envejecimiento progresivo, el cáncer encuentra terreno fértil
para crecer y multiplicarse. Cada año, ocho millones de personas mueren a causa de esta enfermedad y hacia
2030, la Organización Mundial de la Salud (OMS) estima que el número superará los 13 millones. Aunque
estas cifras son preocupantes, lo cierto es que la mortalidad oncológica mundial ha bajado significativamente
en las últimas dos décadas. En la Argentina, por ejemplo, ha disminuido un 11 por ciento desde 1970.
Actualmente, hay 117 formulaciones nanotecnológicas en experimentación para combatir el cáncer, según la
consultora Thomas Reuters Pharma. Luego de un promedio de diez años de ensayos y fuertes inversiones, solo
una de cada diez moléculas podría llegar al mercado.
La nanotecnología puede facilitar la investigación, mejorar los estudios moleculares con imágenes, la detección temprana, la prevención y el tratamiento de esta enfermedad.
Cualquiera sea la estrategia diseñada, el sueño de derrotar al cáncer requiere iguales dosis de ciencia y de paciencia. Los laboratorios que tengan ambas, además de financiamiento para realizar ensayos clínicos, podrán
evitar que 12 millones de personas sean presas del cáncer cada año en el mundo
6.Bibliografía y Web grafía:
• http://zl.elsevier.es/es/revista/clinica-e-investigacion-arteriosclerosis-15/articulo/importancia-del-receptor-scavenger-clase-11067
• http://www.pnas.org/content/110/7/2511.full.pdf+html?sid=dfb3401e-8ce8-41be-980b-bbaa78944be2
• Revista Proceedings de la Academia Nacional de Ciencias
• http://www.monografias.com/trabajos47/nanoparticulas-oro/nanoparticulas-oro2.shtml
• “Nanoguerra contra el Cáncer”. Ainhoa Iriberri y Alejandra Folgarait . Revista Muy Interesante, número 336, octubre 2013.
• http://www10.uniovi.es/anatopatodon/modulo10/tema02_biologia/012angiogenesis.htm
• http://www.ayudacancer.com/tratamientos-en-desarrollo/nanotecnologia.html?start=21
• http://www.cns.fas.harvard.edu/
• http://www.ayudacancer.com/tratamientos-en-desarrollo/nanotecnologia/8291-experto-apuntan-a-lananomedicina-como-nueva-cura-contra-el-cancer-menos-danina-que-la-quimioterapia-.html
• http://ki.mit.edu/research/nanotechnology
• http://www.medicalnewstoday.com/releases/224082.php
• http://espanol.cri.cn/782/2011/06/27/1s220498.htm
• http://www.20minutos.es/noticia/1094872/0/nanoparticulas/reducen/tumores/
• http://www.inti.gob.ar/nanotecnologia/
• http://www.infotechnology.com/revista/Que-es-la-nanotecnologia-y-como-puede-utilizarse-20130731-0001.html
• http://www.muyinteresante.es/innovacion/medicina/articulo/un-robot-de-adn-hara-que-las-celulascancerosas-se-suiciden
• http://www.amgen.es/doc3.php?op=biotecnologia9&ap=b9_nanomedicina