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La Nanomedicina, un nuevo enfoque para la Medicina moderna
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Autor: Dr. Héctor Pereira Recio
Publicado: 26/11/2009
 

En la ciencia y la tecnología comienza a ponerse de manifiesto una revolución basada en la capacidad de medir, manipular y organizar la materia en la nanoescala. En la medicina hasta hoy, sean cuales fueren sus avances reales, seguimos enfrentando los mismos obstáculos: enfermedades diagnosticadas demasiado tarde, medicamentos no lo suficientemente eficaces o eficaces pero tóxicos y una incapacidad de regenerar el órgano o el tejido lesionado por herida o enfermedad.


La Nanomedicina, un nuevo enfoque para la Medicina moderna .1

La Nanomedicina, un nuevo enfoque para la Medicina moderna.

 

Dr. Héctor Pereira Recio.*

Lizandra Pereira Corzo. **

Alden Julio Quezada Sifontes. ***

 

* Especialista de I grado en Radiología. Profesor Asistente. Institución: Hospital Universitario Manuel Ascunce Domenech. Camagüey.

** Estudiante de cuarto año de Medicina. Alumna ayudante de Imagenología.

*** Estudiante de quinto año de Medicina.

 

RESUMEN

 

En la ciencia y la tecnología comienza a ponerse de manifiesto una revolución basada en la capacidad de medir, manipular y organizar la materia en la nanoescala. En la medicina hasta hoy, sean cuales fueren sus avances reales, seguimos enfrentando los mismos obstáculos: enfermedades diagnosticadas demasiado tarde, medicamentos no lo suficientemente eficaces o eficaces pero tóxicos y una incapacidad de regenerar el órgano o el tejido lesionado por herida o enfermedad.

 

En esos tres puntos, el enfoque nano promete avances decisivos por lo que la nanomedicina se está convirtiendo en una de las ramas científicas de mayor alcance para el ser humano, sin embargo, la confusión entre la realidad de sus potencialidades y la ciencia-ficción está muy extendida por lo que se hace necesaria una correcta divulgación de ellas, para poder, desde ya, ir preparando el camino para establecer las regulaciones legislativas y éticas que garanticen la seguridad y supervivencia de la especie humana y de nuestro planeta.

 

Palabras clave: Nanomedicina, Nanociencia, Nanotecnología.

 

INTRODUCCIÓN

 

En la ciencia y la tecnología comienza a ponerse de manifiesto una revolución basada en la capacidad, desarrollada durante las últimas décadas del pasado siglo, de medir, manipular y organizar la materia en la nanoescala, o sea, en magnitudes que se encuentran en el intervalo de 1 a 100 nanómetros. La nanoescala no es sólo otro paso hacia la miniaturización, sino un dominio cualitativamente nuevo, regido por la mecánica cuántica, así como por otras propiedades, fenómenos y procesos únicos (1). El término ‘nanotecnología’ fue acuñado por Nomo Taniguchi en 1974 en relación con la fabricación de productos mediante métodos de mecanizado. (2).

 

Tal vez pueda sonar a ficción, pero lo cierto es que esta ciencia de la miniaturización extrema (nanociencia) está calando en todos los sectores del desarrollo científico, económico e industrial con tal fuerza que no falta quienes hablan de una nueva "Edad del Nano" (3). La irrupción de la nanotecnología ha supuesto un cambio en la manera de pensar de los científicos al introducir el concepto de la fabricación de sistemas complejos "de abajo a arriba". Según este concepto, el diseño de estructuras parte de la escala atómica, imitando el comportamiento de la naturaleza. No en vano toda la materia, viva o inerte, se origina en la nanoescala. El primero en darse cuenta de esto fue el físico estadounidense Richard Feynman al decir que… "Muchas de las células son pequeñas pero activas; fabrican sustancias; se pasean; se mueven; y hacen todo tipo de cosas maravillosas a muy pequeña escala; incluso almacenan información. …Consideren la posibilidad de que podamos fabricar objetos diminutos que hagan exactamente lo que queremos" (4). Estaba hablando obviamente de nanotecnología antes incluso de que esa palabra existiera.

 

Como es de esperar, hoy existen varias definiciones para los términos nanociencia y nanotecnología, en el glosario de su libro Los motores de la creación, considerado hoy un clásico de la nanotecnología, el norteamericano Eric Drexler afirma que las nanotecnologías son…tecnologías fundadas por la manipulación individual de átomos y moléculas para construir con precisión estructuras complejas (5).

 

Ambos conceptos engloban aquellos campos de la ciencia y la técnica en los que se estudian, se obtienen y manipulan de manera controlada materiales, sustancias y dispositivos de muy reducidas dimensiones, a escala nanométrica, es decir el mundo de los átomos y las moléculas. A este respecto, existe un gran interés por parte de una completa variedad de ramas del conocimiento científico-técnico por la importancia de estas sustancias y materiales nanométricos y sus aplicaciones a la sociedad. Ello está motivado por las nuevas y relevantes propiedades conseguidas al disminuir la geometría en muchos materiales, y porque el ámbito de la nanotecnología incluye, además de las áreas del saber relacionadas con su origen (Física, Química, Ingeniería y Robótica), otros campos para los que ya hoy en día tiene una gran trascendencia, como son la Biología y la Medicina. Esta última constituye una de las vertientes más prometedoras dentro de los potenciales nuevos avances nanotecnológicos, por lo que se sitúa como una rama de la nanotecnología que permitirá la posibilidad de diagnosticar y curar enfermedades desde dentro del cuerpo y al nivel molecular, esto es, la nanomedicina (6).

 

DESARROLLO

 

Imaginemos pequeños robots, que viajan por nuestro torrente sanguíneo reemplazando a los glóbulos blancos, enzimas y otros organismos que nos protegen, atacando directa y exclusivamente a las bacterias, curando nuestras enfermedades, limpiando las arterias, corrigiendo los niveles de azúcar, colesterol u hormonas o apoyando al sistema inmune en su lucha contra las enfermedades. Esto seguramente que le hace recordar aquellas escenas de ese clásico del cine de ciencia ficción, Viaje fantástico (1966), donde después de haberse enfrentado a terroríficos glóbulos blancos, un microscópico submarino que había circulado por el torrente sanguíneo del profesor Bennet brotó de su ojo dormido en una lágrima, sin embargo, todo ello es parte de lo que hoy se espera de la nanomedicina. Según se predice, también podríamos darle un giro inverso al proceso de envejecimiento y de esta forma, la muerte se vería cada vez más lejana. En este sentido algunos expertos se han atrevido a señalar que nuevos desarrollos en la nanotecnología podrían incluso llevar a la inmortalidad, en el momento en que se descubran nanodispositivos capacitados para modificar la estructura genética y celular del ser humano.

 

En medicina, hay una tendencia a utilizar instrumentos cada vez más pequeños y técnicas más localizadas. La aportación de la nanotecnología viene también en esta línea, recordemos cuando en el año 2000 se difundió el descubrimiento de la cámara endoscópica que debe ser tragada por el paciente y, después de recorrer todo el cuerpo y tomar imágenes de los intestinos, es expulsada con las heces, invento que es ya una realidad en la práctica clínica.

 

Sabemos que el cuerpo humano está formado por tejidos, los tejidos por células, las células por moléculas, mayores o menores, y éstas, por átomos. Son las moléculas las que trabajan en las células, y también sabido es en medicina, que los cambios moleculares en las células originan muchas enfermedades. Por eso tenemos que utilizar moléculas concretas para luchar contra dichas enfermedades (medicamentos). Pero aunque las moléculas se miden a escala nanométrica, son grandes zonas del cuerpo las que tenemos que poner bajo su influencia, ya que no podemos trabajar de forma más localizada. Es decir, hoy en día, se aplican "macrosoluciones" generalizadas a los "nanoproblemas" localizados.

 

Hasta hoy sean cuales fueren los avances reales de la medicina, los investigadores y los clínicos se enfrentan siempre a los mismos obstáculos: enfermedades diagnosticadas demasiado tarde, la disponibilidad de medicamentos no lo suficientemente eficaces o eficaces pero tóxicos y una incapacidad de regenerar el órgano o el tejido lesionado por herida o enfermedad. En esos tres puntos, ya se trate de cánceres, de enfermedades cardiovasculares, neurodegenerativas o inmunitarias, o de las secuelas de accidentes, el enfoque nano promete avances decisivos como veremos a continuación (7,8).


La Nanomedicina, un nuevo enfoque para la Medicina moderna .2

El diagnóstico precoz.

 

En el nanodiagnóstico, la meta final es identificar la enfermedad en la fase más temprana posible, idealmente al nivel de una sola célula. Para lograrla, la investigación y actividades de desarrollo en nanotecnología necesitan ser comprendidos para mejorar la efectividad de los diagnósticos in vivo e in vitro. La nanotecnología puede ofrecer herramientas diagnósticas con mejor sensibilidad, especificidad y fiabilidad. También ofrece la posibilidad de recoger diferentes mediciones en paralelo o integrado a varios pasos analíticos que van desde la preparación de la muestra hasta la detección en un solo dispositivo miniaturizado, el cual, gracias a la nanotecnología, puede contener la inteligencia y robustez suficiente como para ser usado por el paciente y entregar en tiempo real una multitud de datos al médico. Estamos hablando de los “laboratorios en chips”.

 

Se trata de una tecnología prometedora, pero en fase precoz de desarrollo, aún en la búsqueda de sus terrenos de aplicación, además, la carrera a la miniaturización plantea notables problemas técnicos ya que cuando se quiere hacer una interfaz entre sistemas biológicos y dispositivos electrónicos estos últimos tienen que tener el mismo orden de magnitud que el ADN, las membranas o las proteínas, es decir, a escalas inferiores a 100 nanómetros. Esto implica controlar, en paralelo, modos de nanofabricación en el campo electrónico, algo sin dudas complejo y difícil, pero no imposible. En la actualidad, se está experimentando con el biochip DNA, que transformará los métodos de análisis sanguíneos, puesto que permitirá obtener los resultados de las pruebas de SIDA, tuberculosis y otras enfermedades en tan sólo unos segundos.

 

Las mejoras de las técnicas microscópicas y espectroscópicas hacia la ultra alta resolución espacial, la resolución molecular y la ultra alta sensibilidad proporcionarán una mejor comprensión en la investigación básica de la compleja "maquinaria" celular. El progreso resultante debe allanar el camino hacia más innovadoras y poderosas herramientas de diagnóstico in vivo. El avance en el diagnóstico in vivo también confía en la imagenología molecular (9,10) y en los dispositivos implantables mínimamente invasivos. En la imagenología molecular, la meta es crear agentes diagnósticos muy sensibles y muy fiables que también puedan llevar y monitorear la terapia. Éste es el concepto de " busca, ataca y sigue" del diagnóstico temprano, la terapia y el control de la terapia. El tejido de interés es primeramente visualizado, usando nanoestructuras de contraste específicas para determinado blanco, luego estas nanoestructuras son combinadas con un agente farmacológicamente activo que puede usarse para la terapia y finalmente, la supervisión de los resultados de la terapia es posible realizarse mediante la obtención de imágenes secuenciales que nos muestren la distribución de dichas nanoestructuras. El descubrimiento precoz y más fiable de la enfermedad se logrará usando a los mejores trazadores y agentes del contraste en combinación con los mejores sistemas de detección (IRM, PET, etc.)

 

El matrimonio entre medicina y nanotecnología se está convirtiendo en una pesadilla para muchas enfermedades como el cáncer. El combate de la enfermedad a escala molecular permite detectarla precozmente, identificar y atacar de forma más específica a las células cancerígenas. Por eso, el Instituto Nacional del Cáncer de Estados Unidos (NCI) ha puesto en marcha la "Alianza para la nanotecnología en el cáncer", un plan que incluye el desarrollo y creación de instrumentos en miniatura para la detección precoz (11). El desafío del diagnóstico precoz, particularmente en lo que respecta al cáncer, es bien conocido: cuanto antes se identifica la enfermedad, más posibilidades hay de vencerla a través de la cirugía o la quimioterapia. Esta constatación se acompaña de un dilema: los avances de la generación de imágenes moleculares (in vivo) así como del análisis bioquímico y genético (in vitro) han mejorado considerablemente estas posibilidades, pero los exámenes son largos, costosos y a veces dolorosos para el paciente. Por lo tanto, los médicos dudan a la hora de prescribirlos. ¿De qué forma puede ayudar a resolver este dilema el nuevo enfoque de la nanomedicina? Haciendo que los métodos existentes de diagnóstico sean más rápidos, fiables, sensibles y menos caros (12).

 

La terapia efectiva. Después del diagnóstico, la terapia. Salvo en casos excepcionales, el enfoque “nano” no llevará sin duda a la introducción de enfoques terapéuticos realmente nuevos, por el contrario, promete cambiar de forma radical un punto esencial: la administración de los medicamentos. Para que una molécula (resultado de síntesis químicas clásicas o concebida gracias a las biotecnologías de punta) sea eficaz, no es suficiente con que sea capaz de mejorar el estado de un órgano enfermo. Hace falta que lo alcance, y no es fácil en el caso de moléculas de gran tamaño, como las proteínas. Se ha pensado que la solución sería utilizar pequeñas moléculas que circulan fácilmente en el cuerpo, pero la lentitud de los avances en el tratamiento de enfermedades como el cáncer por moléculas de bajo peso molecular ha llevado a cambiar la estrategia, prefiriendo la administración de los medicamentos directamente en los órganos afectados. La terapia génica, sobre la que se basaban tantas esperanzas en los años ochenta, se enfrenta también a este problema de transporte del ADN medicamento hasta las células objetivo. ¿Cómo “el enfoque nano” puede cambiar la administración de los medicamentos? Por una razón geométrica muy simple: reduciendo el tamaño de los sistemas contemplados para transportar el medicamento hasta su órgano objetivo, por ejemplo, en la forma de minúsculas burbujas de encapsulación de la molécula terapéutica formadas por una capa de lípidos (micelas) o de varias capas (liposomas), o de membranas de polímeros biodegradables cubiertos de anticuerpos que reconocen las células objetivo, se entra ahí en una ingeniería muy especializada de los vehículos del “transporte” molecular, que al mismo tiempo deben proteger los medicamentos contra la degradación.

Para construir estos dispositivos, un primer enfoque consiste en inspirarse en los principios observados en los sistemas nanométricos de los seres vivos, como los ribosomas o los complejos de enzimas de membranas. Con el tiempo, se piensa incluso en equipar estas nanopartículas de “mandos” de administración a distancia, para desencadenar la liberación del medicamento (por ejemplo, a través de ondas electromagnéticas o de estimulación con infrarrojos), una vez que los vehículos alcancen sus objetivos. La miniaturización que permite “el enfoque nano” tiene también otra ventaja: la de hacer posible el contemplar vías innovadoras de administración de medicamentos, más prácticas, eficaces, y/o menos dolorosas como la vía pulmonar con aerosoles de nanopartículas en suspensión o la vía transdérmica, particularmente para los pacientes inconscientes.

 

En las últimas tres décadas, el número y variedad de sistemas del descarga controlada para las aplicaciones de entrega de droga ha aumentado dramáticamente, pero a pesar de los muchos ejemplos exitosos, no se ha acabado de abrazar totalmente la noción de combinar la ciencia del polímero con los conceptos de la biología estructural para proporcionar nuevas estrategias y oportunidades en el diseño de nuevos sistemas de entrega de droga adaptados a las demandas de hoy.

 

La medicina regenerativa. El tercer y último campo de la nanomedicina es la medicina regenerativa, especialidad multidisciplinar emergente que busca el mantenimiento, la mejora o la restauración de la función de células, tejidos y órganos, mediante la aplicación de métodos relacionados principalmente con la terapia celular y la ingeniería tisular, con la pretensión de ayudar al cuerpo a salvarse a sí mismo. El enfoque de medicina regeneradora es trabajar con los propios mecanismos de la reparación del cuerpo para prevenir y tratar las enfermedades crónicas como la diabetes, osteoartritis, y los desórdenes degenerativos del sistema nervioso cardiovascular y central y ayudar a las víctimas de lesiones incapacitantes.

 

Gracias a la nanotecnología, se ha establecido una base celular y molecular para el desarrollo de innovadoras terapias modificadoras de enfermedades para la regeneración y reparación de tejidos in situ, requiriendo solamente de una cirugía mínimamente invasiva. En lugar de actuar sobre los síntomas o intentar retardar el progreso de estas enfermedades, las terapias futuras se diseñarán para rectificar condiciones crónicas usando los propios mecanismos curativos del cuerpo, por ejemplo, facilitando la regeneración de cartílago saludable en una articulación osteoartrítica, restableciendo un perfil del descarga fisiológica en los islotes pancreáticos diabéticos, o promoviendo los mecanismos de auto-reparación en las áreas del sistema nervioso central y del corazón.


La Nanomedicina, un nuevo enfoque para la Medicina moderna .3

El primer estadío de este enfoque fue la sustitución de órganos defectuosos, aparecidos en los años setenta, cuando irrumpieron los primeros materiales implantables en el cuerpo humano. No obstante, sólo se trataba de “piezas de recambio” inertes y no biodegradables, que a menudo se habían desarrollado para otras aplicaciones. A mediados de la década de los ochenta nació la segunda generación de materiales a base de cerámicas y de vidrio, capaces de ser biodegradables (una vez reparada la lesión), o de estimular la actividad de auto-regeneración: pero jamás las dos cosas a la vez. Hoy en día, se trata de combinar estas dos propiedades (biodegradabilidad y bioactividad) en una sola estructura. A escala nanométrica se está pensando en combinaciones de cuerpos inertes y de moléculas biológicas hasta ahora inaccesibles para la química clásica.

 

La nanotecnología puede ayudar en el desarrollo de biomateriales inteligentes para generar respuestas celulares específicas. Estos biomateriales se diseñan para reaccionar positivamente a los cambios en su ambiente más cercano estimulando los eventos regeneradores específicos a nivel molecular, dirigiendo la proliferación celular, la diferenciación celular, y la producción y organización de la matriz extracelular.

 

Otra vía se abre también para el control de la diferenciación celular, y se encuentra en las células madre. Una célula madre es una célula "genérica" que puede hacer copias exactas de sí misma indefinidamente. Adicionalmente, una célula madre tiene la capacidad de producir células especializadas para varios tejidos del cuerpo, tales como músculo cardíaco, tejido cerebral y tejido hepático. Los científicos son capaces de mantener las células madre por siempre, convirtiéndolas en células especializadas a medida que se necesitan.

 

Existen muchas áreas de la medicina en las que la investigación de células madre podría tener un impacto significativo (2,13-15). Por ejemplo, hay una variedad de enfermedades y lesiones en las cuales las células o el tejido del paciente se destruyen y deben ser reemplazados por un trasplante de tejido o de órganos. Las células madre pueden generar un nuevo tejido en estos casos y hasta curar enfermedades para las cuales actualmente no existe una terapia adecuada. Entre las enfermedades que podrían ver avances revolucionarios están el Alzheimer y la enfermedad de Parkinson, la diabetes, la lesión de la médula espinal, las enfermedades cardíacas, el accidente cerebrovascular, la artritis, el cáncer y las quemaduras. Las células madre también podrían ser usadas para obtener una mejor comprensión de cómo funciona la genética en las etapas iniciales del desarrollo celular. Esto puede ayudar a los científicos a entender por qué algunas células se desarrollan anormalmente y conducen a problemas médicos tales como defectos congénitos y cáncer pudiéndose prevenir algunas de estas enfermedades. Las células madre pueden ser útiles también en la prueba y desarrollo de drogas. Debido a que ellas se pueden utilizar para crear cantidades ilimitadas de tejido especializado, tales como tejido cardíaco, se pueden realizar pruebas para determinar la reacción de las drogas en estos tejidos especializados antes de probarlas en animales o en seres humanos y así determinar más rápidamente su efectividad y efectos colaterales.

 

Y finalmente, el “enfoque nano” puede permitir la concepción de materiales “inteligentes” (utilizados como matriz a la vez nutritiva y estructural) capaces de adaptar sus comportamientos a las condiciones biológicas locales o a estímulos externos, pidiendo servir para multiplicar células sanas para después reimplantarlas en el órgano enfermo.

 

CONCLUSIONES

 

La nanomedicina se ha convertido en una rama fundamental dentro de las prometedoras aplicaciones de la nanociencia y la nanotecnología. Probablemente una de las de mayor alcance para el ser humano. Las técnicas futuras en el diagnóstico médico y tratamiento han sido a menudo tema de la literatura y el cine de ciencia ficción pero ahora gran parte de los ingenios que se ceñían al imaginario de la ciencia ficción se están convirtiendo en realidades.

Sabemos que la naturaleza opera en la nanoescala, y hoy se está adquiriendo un conocimiento más profundo de los procesos naturales que ocurren a esta escala, gracias a una nueva generación de instrumentos científicos. De este conocimiento, se podrán diseñar dispositivos que pueden interactuar directamente o influenciar en el comportamiento de las células vivientes.

 

Se considera que determinados campos de la medicina pueden ser objeto de una autentica revolución, especialmente el diagnóstico y monitorización mediante imágenes moleculares, la reparación de tejidos, el control de la evolución de las enfermedades, la mejora de los sistema biológicos humanos de defensa; la administración más efectiva de medicamentos, el tratamiento y la prevención de enfermedades, el alivio del dolor, etc.

 

También será posible en el futuro previsible que la nanotecnología, como aplicación a la medicina, lleve al avance en la atención y el monitoreo remoto de los pacientes desde su propia casa, una opción menos cara, y que conduce a un resultado médico más exitoso que el tratamiento en un hospital. Todos ellos constituirán nuevos avances tecnológicos en la medicina que la posicionarían en una nueva era científica y asistencial.

 

La continua investigación de los procesos de la enfermedad al nivel molecular es esencial para el desarrollo de la nanomedicina, e involucra equipos de científicos de las disciplinas 'convencionales', como la física, química, cirugía, matemática, entre otras así como aquéllos de los 'nuevos' campos como la genómica, etc.

 

 Como con cualquier naciente y rápidamente creciente campo científico, hay investigaciones, desafíos tecnológicos y éticos a ser considerados, y los acercamientos a éstos constituyen una parte integral de la visión que se debe tener sobre la nanomedicina. La confusión entre la realidad de la nanomedicina, sus potencialidades, y la ciencia-ficción está muy extendida y evidentemente no solo en el gran público sino incluso en la comunidad científica, por lo que se hace necesaria e imprescindible una correcta divulgación de sus potencialidades y alcance, pero también de sus riesgos para que se pueda, desde ya, ir preparando el camino para establecer las regulaciones legislativas y éticas que garanticen la seguridad y supervivencia de la especie humana y de nuestro planeta.

 

BIBLIOGRAFÍA

 

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