Sin Dioses (Publicaciones sobre nanotecnología)

"Nano carruajes" que navegan por el cuerpo

Glenys Álvarez — Tue, 23 Sep 2008 03:00:00 GMT

Nanotecnología. Equipos de científicos en tres universidades estadounidenses han logrado producir unas naves en la escala nano que pueden acarrear las medicinas necesarias a cualquier parte del cuerpo de forma mucho más efectiva.

La ciencia, ayudada por los creativos de Hollywood, ha creado extraordinarias ilusiones para la nanomedicina del mañana. La idea de carruajes a la escala nano, atravesando las venas y arterias del organismo con el objetivo de liberar su importante cargamento donde el cuerpo más lo necesite, un cáncer que crece en el hígado, un tumor que se alimenta del cerebro, ha producido interesantes películas de ciencia ficción y, mejor aún, ha promovido la investigación en este tipo de aplicaciones científicas.

Recordemos primero las dimensiones de la escala que ahora nos concierne. Un nanómetro, por ejemplo, que es la medida con la que trabajan estos físicos, es la milmillonésima parte de un metro. Estamos hablando de material imposible de ver sin la ayuda de un microscopio de efecto túnel con formato de escaneo, un aparato poderoso que permite la visualización más allá del átomo.

Pues bien, esta semana, científicos de varias universidades, como las de California en San Diego (UCSD) y Santa Barbara (UCSB) y el Instituto Tecnológico de Massachussets, (MIT), han anunciado la producción de naves cargo en la escala nano que pueden, precisamente, atravesar el organismo para llevar medicina importante a cualquier región del cuerpo humano. Y, lo más importante, lograron que llegara a la meta sin ser detectado por nuestro sistema de defensa.

Ciertamente, los avances en estos tipos de terapia han sido obstaculizados por nuestro propio sistema protector. Hemos desarrollado un sistema inmunológico que está preparado para detectar objetos extraños y destruirlos, de hecho, por eso es que sabemos que los virus y las bacterias “aprenden”, ya que encuentran formas de burlar nuestro poderoso programa de protección. Desde el trasplante de órganos hasta la terapia genética ha batallado arduamente con este conflicto de intereses: desear curar a un cuerpo que rechaza aquello que lo salvaría.

“Estas naves matrices miden unos 50 nanómetros, es decir, que son mil veces más pequeñas que el diámetro de una hebra de cabello humano”, explicó Michael Taylor, profesor de bioquímica de la UCSD, “además, están equipadas con una selección de moléculas que les permiten encontrar y penetrar células tumorosas en el cuerpo”.

La idea es perfeccionar la técnica para que sea a través de este tipo de tecnología que se envíen las medicinas a los lugares exactos donde se encuentran los tumores y así no dañar el tejido alrededor.

Precisión y efectividad

“El problema con muchas de las drogas que hemos producido contra un sinnúmero de condiciones es que no llegan al lugar exacto en las concentraciones necesarias. Son drogas que prometen en el laboratorio pero que fallan en los pacientes debido a este problema”, explica Sangeeta Bhatia, bioingeniero en MIT. “Estas drogas no poseen la habilidad de evitar los ataques de nuestro sistema de defensa o de discriminar entre el tejido enfermo y el tejido sano”. Sin embargo, los investigadores opinan que si es posible enviarlas en estos buques a la escala nano, será mucho más fácil y efectivo. Pero estas diminutas naves también pueden servir como una herramienta de diagnóstico. Los pacientes pueden ser examinados de forma profunda y detallada por estas cápsulas microscópicas y las enfermedades más letales pueden ser descubiertas a tiempo.

Fortaleza y engaño

Durante el planeamiento de estos aparatos, los científicos tuvieron en cuenta dos elementos importantes y que podían hacer fracasar toda la operación. En primer lugar, habría que formular una combinación que no despertara el interés del sistema inmunológico y, en segundo lugar, tendría que ser una cápsula lo bastante fuerte para que no se rompa en su camino por el cuerpo humano y derrame su contenido como maltrecho buque de petróleo en el mar. Para resolver el primer problema, los investigadores modificaron unos lípidos, que son las sustancias que forman la superficie celular, para que fuesen capaces de navegar por la corriente sanguínea durante horas. Para la fortaleza de la nave, los científicos usaron una proteína llamadas F3 que además se adhiere a las células cancerígenas hasta llegar a sus núcleos.

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Nanocirugía

Glenys Álvarez — Sun, 04 Jul 2004 03:00:00 GMT

Imagine un bisturí lo suficientemente preciso y poderoso como para operar dentro de una célula sin dañar su estructura. Recuerde que su cuerpo está compuesto de más o menos 150 billones de estas unidades, que todos los seres vivos, excluyendo los virus, están compuestos de células y que su vida depende del buen funcionamiento de estas diminutas máquinas. La nueva herramienta, que ha sido patentada por la Universidad de Harvard donde fue creada, ha logrado operar dentro de células y realizar cambios específicos dentro de la unidad.

Los científicos habían estado jugando con la probabilidad de un rayo láser lo suficientemente poderoso para operar sin vaporizarla en el intento. Estos poderosos rayos de luz pueden destruir toda la célula si no se obtiene la precisión necesaria para una intervención tan delicada.

"Es la primera herramienta que logra operar una estructura celular sin dañar a las cientos otras que andan flotando por la maquinaria. Para ello hemos tenido que recurrir al mundo de la nanotecnología", explicó el científico principal en el experimento, Eric Mazur, profesor de física aplicada en la mencionada universidad.

De hecho, el experimento llegó hasta la célula de forma indirecta. Mazur lo que estaba buscando era un rayo láser lo suficientemente poderoso para atravesar una superficie de cristal, quemar y perforar cavidades dentro del vidrio pero sin romper su superficie. Este tipo de experimento tiene como objetivo crear pequeños huecos donde continuar almacenando datos.

"Construimos una herramienta que envía un rayo láser de color rojo a través de un microscopio y por un laberinto de espejos que guían al pequeño punto rojo hasta un espacio focal dentro del vidrio. El rayo logra atravesar la superficie transparente sin dañarla y va disminuyendo su tamaño hasta convertirse en un punto que mide de diámetro menos de la millonésima parte de una pulgada", explicó Mazur.

Este rayo láser va más allá de la célula y es capaz de quitarles los electrones a cualquier átomo que le sirva de blanco. Es en este momento del experimento cuando Mazur asiste a una conferencia donde el doctor Donald Ingber, profesor de patología en la Escuela de Medicina de Harvard y experto en el estudio de las estructuras celulares, es decir, las partes que forman a una célula, hablaba sobre un interés particular que tenía.

"Ingber estaba buscando una herramienta que le permitiera cortar pedazos discretos de la célula, por ejemplo la mitocondria, para determinar con exactitud cuál es su función y cuál es la fuerza que gobierna a la máquina celular. En seguida le dije que yo tenía la herramienta que andaba buscando", indicó Mazur para la revista científica de la universidad, The Harvard Gazette.

Los científicos tomaron células de la piel de unos ratones y comenzaron a trabajar. La herramienta funcionaba.

"Logramos extraer una mitocondria de una célula sin dañar las demás partes. También pudimos desconectar dos células nerviosas y eliminar el sentido de olfato en un gusano. Ha sido un experimento excitante y maravilloso", añadió Avavinthan Samuel, otro de los científicos de Harvard.

El experimento ha surgido del interés por una nueva ciencia ahora conocida como mecanobiología, donde se utilizan componentes mecánicos y tecnología de punta para manipular la biología animal. Son muchas las aplicaciones que podemos desarrollar de estos resultados pero aún falta mucho tiempo para que se hagan reales las predicciones realizadas sobre la nanotecnología.

"Trabajamos con el gusano C. elegans, que es tan pequeño que es difícil de notar con el ojo humano, además es transparente. De hecho, C. elegans no es más que un tubo con boca, tripas y ano", aseguró Mazur.

El gusano, además, sólo posee 1,300 células y 300 de ellas controlan su comportamiento, desde moverse hasta alimentarse y evitar químicos tóxicos. El equipo de Harvard cortó con el nanobisturí una conexión entre células nerviosas lo que eliminó el sentido de olfato del animal.

"No es lo mismo en un ser humano porque nuestro sistema es más complejo. Pero es posible realizar cambios celulares en un huevo fertilizado ya que las células aún no han comenzado a dividirse. Si realizamos un cambio en una de ellas permanecerá en las otras. Por lo demás, creo que continuaremos utilizando este mecanismo para comprender y manipular mejor la vida a nivel celular y las formas en que funciona la inteligente estructura celular".

Sobre las células

Una célula es la unidad estructural básica de todos los organismos vivos, excepto los virus. Las células fueron descubiertas por Robert Hooke en 1665 pero no fue hasta 1839 cuando la ciencia llegó a un consenso sobre una teoría clara sobre estas estructuras.

Las células más grandes son los huevos, el de avestruz tiene cinco centímetros de diámetro, y las más pequeñas son los micoplasmas.

Todas las células contienen material genético o ADN y es lo que controla las actividades celulares. En organismos pluricelulares, como nosotros, las células se especializan en distintas funciones, esto es lo que la ciencia llama la división de trabajo.

Existen dos tipos de células: las procariotas que están presente en las algas y en las bacterias y las eucariotas que se encuentran en los animales, hongos, protistas y plantas.

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