Este documento describe los avances de la nanomedicina en el diagnóstico y tratamiento de enfermedades. Explica que la nanomedicina incluye el nanodiagnóstico, la liberación controlada de fármacos y la medicina regenerativa a nivel nanoescalar. También describe algunos ejemplos como nanopartículas, nanotubos y puntos cuánticos que pueden usarse para detección temprana de enfermedades y tratamientos más efectivos y específicos.

1. Nanotecnología en
la medicina
DHTIC
BENEMERITA UNIVERSIDAD AUTONOMA DE PUEBLA
Profesora: Lilian Gaona Osorio Alumno: Castillo Ramírez Guillermo Alejandro

2. Este artículo está dirigido al público en general, para que se informen de los
avances que existen en la medicina basados en la nanotecnología, la cual ha
evolucionado mucho en las necesidades humanas, explicando desde sus
inicios hasta sus beneficios.
Resumen
La nanomedicina, aplicada en las ciencias de la salud, es la rama de la
nanotecnologíaque se perfila como la de mayor proyección en un futuro
próximo debido a sus importantes aplicaciones, especialmente diagnósticas y
terapéuticas. La detección temprana de enfermedades, su tratamiento precoz
personalizado y un preciso seguimiento posterior de su evolución serán
posibles en los próximos años gracias a la aplicación de las herramientas
nanotecnológicas que se están desarrollando actualmente. Los importantes
avances en este campo podrían dar lugar a sistemas de diagnosisy
tratamientos terapéuticos de mayor eficacia que los existentes, lo que
redundaría en una mayor calidad de vida para el hombre. Una auténtica
revolución se vislumbra en el horizonte del cuidado de la salud y la tecnología
médica.
Introducción
¿Qué es la nanomedicina?
Desde hace unos años la nanotecnología se está perfilando como un área
emergente en ciencia y tecnología que nos está conduciendo a una nueva
revolución industrial. La nanotecnología se define como él«desarrollo de
ciencia y tecnología a niveles atómicos y moleculares, en la escala de
aproximadamente 1-100 nm, para obtener una comprensión fundamental de
fenómenos y materiales en dicha escala nanométrica y para crear y usar
estructuras, dispositivos y sistemas que tengan nuevas propiedades y
funciones debido a su tamaño».

3. Nanómetro (del latín nanus, enano) significa la milmillonésima parte de 1 metro.
Lo más interesante de la nanotecnología no es la posibilidad de trabajar con
materiales de reducidas dimensiones, sino el cambio a menudo radical que
sufren las propiedades físicas y químicas de la materia cuando se trabaja a
esta escala: la conductividad eléctrica, el color, la resistencia o la elasticidad,
entre otras propiedades, se comportan de manera diferente a como lo hace el
material volumétrico. Por ello, la nanotecnología tiene gran aplicación en
diferentes campos, entre los que destacan los materiales, la electrónica, la
medicina y la energía. Se han alcanzado ya avances significativos en la
fabricación de materiales de mayor dureza y resistencia, ordenadores más
veloces y con mayor capacidad de procesamiento gracias a los
microprocesadores con componentes nanotecnológicos, diagnósticos médicos
más eficaces o la obtención de energía a bajo coste y respetuosa con el medio
ambiente. Ya existen multitud de productos «nanotecnológicos» en el mercado,
como cosméticos más eficaces y protectores, raquetas de tenis más flexibles y
resistentes, gafas que no se rayan, ropa que no se arruga ni se mancha, por
citar algunos ejemplos.
La irrupción de la nanotecnología en las ciencias de la salud ha dado lugar a
una nueva disciplina denominada nanomedicina, cuyo objetivo principal es el
desarrollo de herramientas para prevenir, diagnosticar y tratar enfermedades
cuando están todavía en estados poco avanzados o en el inicio de su
desarrollo. La nanomedicina estudia interacciones a la nanoescala y para ello
utiliza dispositivos, sistemas y tecnologías que incluyen nanoestructuras
capaces de interactuar a escala molecular y que se interconectan a nivel micro
para interaccionar en el nivel celular. Uno de los grandes retos en este proceso
reside en el desarrollo de «nanoterapias», dirigidas específicamente a los
tejidos y órganos enfermos, evitando dañar a las células sanas circundantes y,
por tanto, evitando los temidos efectos secundarios de los tratamientos
actuales.

4. En los orígenes de la nanomedicinase llegó a predecir la fabricación de
«nanorobots», que se inyectarían directamente y atacarían selectivamente los
tejidos dañados, incluso protegiendo de ataques externos y reparando posibles
desperfectos. A pesar de que esto sigue siendo ciencia ficción, sí se puede
afirmar que se ha avanzado notablemente en el diseño de nanoestructuras que
incorporan distintas funcionalidades y pueden desempeñar un papel muy
similar.
El progresivo aumento que se observa de graves dolencias como el cáncer, las
enfermedades cardiovasculares, la diabetes, o las enfermedades
neurodegenerativas (Alzheimer y Parkinson), para las que no existen
tratamientos definitivos, hacen necesarios nuevos métodos diagnósticos y
terapéuticos más rápidos, eficaces y específicos que los actuales y que
además reduzcan al máximo los costes implicados. La nanomedicina promete
resolver algunos de estos grandes retos mediante la capacidad de detectar de
forma precoz la presencia de enfermedades (como el cáncer) o la capacidad de
regenerar los órganos y tejidos que estén dañados dentro del organismo
proporcionado un diagnóstico precoz para también dar una medida terapéutica,
una terapia adecuada y un seguimiento posterior efectivo de la evolución del
paciente. En un futuro próximo se podrá incluso disponer de tratamientos
individualizados a distancia en el propio hogar o lugar de trabajo del paciente.
La nanomedicina agrupa tres áreas principales: el nanodiagnóstico, la
liberación controlada de fármacos (nanoterapia) y la medicina regenerativa. El
nanodiagnóstico consiste en el desarrollo de sistemas de análisis y de imagen
para detectar una enfermedad o un mal funcionamiento celular en los estadios
más tempranos posibles tanto in vivo como in vitro. La nanoterapia pretende
dirigir nanosistemas activos que contengan elementos de reconocimiento para
actuar o transportar y liberar medicamentos exclusivamente en las células o
zonas afectadas, a fin de conseguir un tratamiento más efectivo, minimizando
los efectos secundarios. La medicina regenerativa tiene como objetivo reparar
o reemplazar tejidos y órganos dañados aplicando herramientas
nanotecnológicas.

5. Dado que es imposible abarcar con profundidad todas las tecnologías que
pueden surgir de conceptos basados en nanomateriales y nanodispostivos, se
han seleccionado para este capítulo algunos ejemplos clave de avances
conseguidos en las tres líneas principales de la nanomedicina, haciendo
especial hincapié en el área del nanodiagnóstico.
 Nanodiagnóstico
El objetivo del nanodiagnóstico es la identificación de enfermedades en sus
estadios iniciales en el nivel celular o molecular e, idealmente, al nivel de una
sola célula, mediante la utilización de nanodispositivos y sistemas de contraste.
Una identificación temprana permitiría una rápida capacidad de respuesta y la
inmediata aplicación del tratamiento adecuado, ofreciendo así mayores
posibilidades de curación.
Los nanosistemas de diagnóstico se pueden utilizar in vitro o in vivo. El
diagnóstico in vivo normalmente requiere que los dispositivos puedan penetrar
en el cuerpo humano para identificar e idealmente cuantificar la presencia de
un determinado patógeno o de células cancerígenas, por ejemplo. Esto
conlleva una serie de problemas asociados con la biocompatibilidad del
material del dispositivo, pero además requiere de un sofisticado diseño para
asegurar su eficacia y minimizar los posibles efectos secundarios.
Por su parte, el diagnóstico in vitro ofrece una mayor flexibilidad de diseño, ya
que se puede aplicar a muestras muy reducidas de fluidos corporales o de
tejidos, a partir de los cuales se puede llevar a cabo una detección específica
en tiempos muy cortos, con gran precisión y sensibilidad. Debido a estas
diferencias fundamentales, se prevé que la detección in vitro usando
nanodispositivos llegue al mercado de una forma mucho más rápida y se pueda
consolidar más fácilmente que los métodos in vivo.

6.  Nanomateriales
Los nanomateriales son muy diversos en su naturaleza física, química
ybiológica. Tienen propiedades muy distintas a las de sus equivalentes a gran
escala debidas a sus propiedades.
Los nanomateriales pueden ser clasificados de acuerdo a:
1. Número de dimensiones y tamaño menor de 100 nm
1.1. Una dimensión. Como ejemplos citaremos: películas (films), capas (layers)
y baños de superficie (surfacecoatings) compuestos por pocos átomos y
moléculas.
1.2. Dos dimensiones
-----1.2.1. Nanotubos de carbono. Son una forma elemental de carbono,como el
diamante, el grafito o los fulerenos que fuerondescubiertos por Iijima en 1991
(8). Están constituidos por redes hexagonales de carbono curvadas y cerradas,
formando tubos de carbono nanométricos con una serie de propiedades
fascinantes que fundamentan el interés que han despertado en numerosas
aplicaciones tecnológicas. Son sistemas ligeros, huecos y porosos que tienen
alta resistencia mecánica, y por tanto, interesantes para el reforzamiento
estructural de materiales y formación de composites de bajo peso, alta
resistencia a la tracción y enorme elasticidad. Algunos nanotubos están
cerrados por media esfera de fulereno y otros no. Asimismo, existen nanotubos
monocapa constituidos por un sólo tubo (single wallnanotubes –SWNTS-), y
multicapa formados por varios tubos metidos uno dentro de otro
(multiplewallnanotubes -MWNT-).

7. -----1.2.2. Nanotubos inorgánicos. Son moléculas cilíndricas compuestas a
menudo por óxidos metálicos y similares morfológicamentea los nanotubos de
carbono. No obstante, son más pesados que los nanotubos de carbono y no
tan fuertes bajo estrés de tensión pero son particularmente fuertes bajo
compresión, conduciendo a potenciales aplicaciones en resistencia de impacto.
-----1.2.3. Nanocables (nanowires). Están constituidos por nanopartículas de
materiales inorgánicos, tales como silicio, nitrito de galio y fosfato de indio, que
se ensamblan a modo de rejilla. Gracias a sus propiedades ópticas, magnéticas
y eléctricas constituyen a base de los circuitos lógicos a escala nanométrica.
-----1.2.4. Nanofibras. Fibras con un grosor de decenas de cientos
denanómetros que pueden fabricarse a partir de polímeros sintéticos (ej. ácido
poliláctico, poliuretano) u orgánicos (ej. colágeno).
-----1.2.5. Biopolímeros. Compuestos macromoleculares con clara incidencia en
la biología de los seres vivos (especialmente entre los mamíferos humanos) y
que están dando paso a unaserie de aplicaciones médicas, clínicas y
farmacéuticas en aumento.
-----1.2.6. Nanoporos. Incluyen poros de materiales sólidos yporos formados
por proteínas o nanotubos localizados en membranas, por ejemplo, lipídicas.
Su tamaño, forma y uniformidad pueden controlarse.
1.3. Tres dimensiones.
-----1.3.1. Nanopartículas de masa química (bulkchemicals). Son partículas con
un diámetro inferior de 100 nm. En comparación con las partículas del mismo
material pero de un tamaño mayor, tienen nuevas o propiedades más fuertes
relacionadas con eltamaño. Se sitúan a corto plazo como una de las
aplicaciones más inmediatas de la nanotecnología, como es el caso de los
biosensores, las nanopartículas con base hierro contra tejidos cancerosos, etc.

8. -----1.3.2. Fulerenos, fullerenos o fulleréense. La molécula de fullereno, nueva
forma alotrópica del carbono, está constituida por 60 átomos de carbono, todos
ellos equivalentes, indistinguibles ycada uno enlazado a otros tres carbonos,
formando parte de dos hexágonos y un pentágono que da lugar a una
estructura cerrada. Esta familia de moléculas posee unas propiedades
excepcionales. Particularmente destaca la geometría tridimensional altamente
simétrica de estas moléculas. En concreto, la más pequeña y representativa de
ellas, el fullerenoC60, posee una geometría idéntica a la de un balón de fútbol.
-----1.3.3. Dendrímeros, polímeros dendríticos. Moléculas sintéticaspoliméricas
tridimensionales formadas a partir de un proceso de fabricación a nanoescala.
Un dendrímero es construido a partir de un monómero con nuevas ramas
añadidas paso a paso hasta que la estructura de árbol esta creada.
-----1.3.4. Puntos cuánticos. Son cristales nanométricos de materiales
semiconductores, como el cadmio y el selenio, que al ser estimulados emiten
luz fluorescente. La longitud de onda y el color emitido depende del tamaño del
cristal.
2. Número de dimensiones y tamaño
2.1. Superficies nanotexturizadas. Tienen una única dimensión y el grosor de
su superficie está entre 0,1 y 100 nm.
2.2. Nanotubos. Son dimensionales, con un diámetro entre 0,1 y 100 nm. Están
compuestos de carbono, son regulares y simétricos.
2.3. Nanopartículas. Son esféricas y por eso tienen tres dimensiones.
Tienen un tamaño de partícula entre 0,1 y 100 nm en cada espacio
dimensional.

9. 3. Momento en el que surgieron:
3.1. Primera generación. Esta aplicación temprana permitió el desarrollo de
sistemas involucrados en la formulación de medicamentos que liberan el
principio activo de manera más segura y efectiva. Ejemplos de esta primera
generación de nanodispositivos son los liposomas, nanopartículas unidas a la
albúmina, quelatos de gadolinio y partículas de óxido de hierro para resonancia
magnética nuclear, nanopartículas de plata y nanopartículas dentales
restaurativas.
3.2. Segunda generación. Surgen gracias a los grandes avances en
laingeniería molecular que permiten diseñar, liberar, visualizar el principio
activo y monitorizar la eficacia terapéutica a tiempo real. Encontramos en esta
generación nanosensores, voladizo(cantilevers), nanotubos, nanoporos,
nanocristales o puntoscuánticos, nanoesferas, nanocápsulas, nanopartículas,
dendrímeros y nanovainas (nanoshells).
 Aplicaciones de la nanotecnología en medicina
Las áreas principales donde la nanotecnología puede tener mayor impacto son:
1. Prevención: dispositivos que pueden identificar marcadores relacionados con
la enfermedad y liberar en ese momento agentes capaces de revertir los
cambiospremalignos producidos en las células o eliminar las células con
potencial maligno.
2. Diagnóstico:
2.1Nanocables. Se usan como sensores capaces de reconocer firmas
genéticas de diferentes partículas y transmitir la información.

10. 2.2 Nanocantilevers. Son barras flexibles ancladas a una final, asemejándose a
una fila de trampolines. Se diseñanpara unirse específicamente a distintas
moléculas, como anticuerpos, capaces de detectar virus, bacterias, etc.
2.3 Nanotubos. Son capaces de detectar la presencia de genes alterados (ej.
mutaciones, SNPs).
2.4Nanoporos. Gracias al agujero que tienen permiten que el paso de una
cadena del ADN y registran la forma y propiedades eléctricas de cada una de
ellas. De este modo, el nanoporo puede leer la secuencia del ADN e identificar
cambios genéticos.
2.5Nanocristales y puntos cuánticos. Se pueden unir a un anticuerpo o a otra
molécula capaz de unirse a su vez a una sustancia de interés, lo que los hace
muy interesantes como marcadores en diagnóstico molecular, citometría de
flujo y microscopía de fluorescencia.
2.6CombidexTM (ferumoxtran-10). Es un agente molecular funcional de imagen
que consiste en nanopartículas óxido del hierro. Se utiliza conjuntamente con
resonancia magnética para ayudar en la diferenciación de nódulos tumorales
versus normales.
3. Terapia: sistemas liberadores de fármacos que permitan mejorar la
formulación de principios activos con problemas para acceder al lugar de
acción, nanopartículas como principios activos, implantes activos, pasivos e
ingeniería tisular.
3.1Nanoesferas, nanocápsulas y nanopartículas. Dependiendo del método de
preparación pueden presentar diferentes propiedades y métodos de liberación.
3.2 Nanopartículas inorgánicas, como la albúmina, la silicona, titania, pueden
unirse a principios activos protegiéndolos de la desnaturalización inducida por
el pH estomacal y la temperatura.

11.  Situación actual de la nanotecnología y su aplicación práctica
La nanotecnología ha resultado un poderoso instrumento, producto entre otros
factores, de la corriente actual en que el lapso en que confluyen la
investigación científica y el desarrollo tecnológico, se ha venido acortando.
También, la intersección de campos tan diversos como la física, la química, la
biología, las ciencias de la computación y la ingeniería, han posibilitado el
crecimiento rápido de la nanotecnología. Visualizada como una revolución
científico-tecnológica, la nanotecnología representa un cambio en el mundo, tal
como lo visualizamos actualmente. La base del enorme impacto que se percibe
prácticamente en todo el mundo, descansa en la sinergia interdisciplinaria y en
las iniciativas tomadas por varios sectores sociales. Los descubrimientos de
esta ciencia son fundamentales en la aplicación de sistemas, dispositivos y
materiales, de tal forma que la totalidad de los conceptos de manufactura,
diseño y conocimiento serán transformados radicalmente.
El alcance de esta tecnología impacta ampliamente a otras tecnologías como la
electricidad, los motores de combustión interna y la computación, liberando una
oleada de capacidades. Los plásticos, químicos, automóviles, aeroplanos,
computadoras, semiconductores y drogas atestiguan este desarrollo sin
precedentes. La Internet, referida hasta hace pocos años como la revolución de
la siguiente generación, ha quedado opacada ante este nuevo fenómeno.

12. Conclusiones
El enorme avance de la nanotecnología durante las últimas décadas ha
permitido grandes desarrollos en muchos campos, incluidas las ciencias de la
salud. Los conceptos de la nanotecnología se están aplicando en métodos de
diagnóstico más sensibles, sistemas de terapia y de administración controlada
de fármacos, así como en herramientas que permiten la regeneración de
tejidos y órganos dañados. Los sistemas y métodos descritos en este capítulo
son solamente ejemplos seleccionados de la ingente actividad que se está
desarrollando en miles delaboratorios de todo el mundo para mejorar las
condiciones de salud y la calidad de vida de toda la sociedad.
En el futuro, estos sistemas se integrarán en microchips implantables que
permitirán la administración programada de fármacos con un tratamiento
personalizado y que, al mismo tiempo, podrán medir los parámetros vitales del
paciente y trasmitir esta información directamente a una estación central de
datos, para tener controlado al paciente mientras éste hace su vida normal. Ya
existen chips subcutáneos para medir de forma continua parámetros cruciales
como el pulso o la temperatura, nanopartículas que pueden reconocer, detectar
y atacar selectivamente células cancerosas, así como nanosensores que
permiten detectar en fluidos biológicos cantidades extremadamente bajas de
moléculas que revelan la existencia de cáncer u otras enfermedades. Se están
fabricando actualmente dispositivos «laboratorio-en-un-chip» y se ha pasado a
la etapa de ensayo clínico para nanopartículas que realizan una liberación
controlada de fármacos. Sin embargo, los largos procesos de aprobación en los
sectores médicos y farmacéuticos pueden significar que los beneficios para la
salud sólo podrán apreciarse a largo plazo. Aunque todavía es necesario llevar
a cabo una gran cantidad de investigación y desarrollo, no cabe duda de que la
nanotecnología seguirásorprendiéndonos con avances que redundarán en una
mejora de la calidad de vida de nuestra envejecida sociedad y que ayudará a
resolver los problemas causados por las principales enfermedades (cáncer,
desórdenes neurodegenerativos y enfermedades cardiovasculares).

13. Referencias
-----De Cózar Escalante José Manuel. (2010). “Nanotecnología, salud y
bioética”. Impresión: Grafymak, S.L. – Gijón. Edición no venal
-----Villaverde Antonio. (2010). “Nanotecnología, Biotecnología y factores de
células microbianas”. BioMed Central
-----M. Lechuga Laura, Grupo de Nanobiosensores y Aplicaciones Bioanalíticas,
Centro de Investigación en Nanociencia y Nanotecnología, Consejo Superior de
Investigaciones Científicas. (2011). “Nanotecnología: aplicación de la medicina
en la salud”. 9ª Edición del curso de Biotecnología Aplicada a la salud humana.