La nanotecnología podría cambiar de forma radical la manera en la que diagnosticamos, prevenimos y tratamos enfermedades. Crédito: Jenolyn F. Alexander y Biana Godin, Houston Methodist Research Institute; Veronika Kozlovskaya y Eugenia Kharlampieva, University of Alabama at Birmingham.

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La promesa de los nanocirujanos para acabar con el cáncer

De nanorrobots cirujanos para acabar con el cáncer a nanobioesensores para detectar enfermedades mortales en etapas muy prematuras. Si hay un campo en el que la nanotecnología puede suponer una auténtica revolución, es el de la medicina. Analizamos qué obstáculos tienen que superar varios proyectos prometedores para aterrizar en los hospitales.

PABLO GARCÍA-RUBIO | Tungsteno

 

El desarrollo tecnológico ha revolucionado la medicina a lo largo de los siglos a través del desarrollo de dispositivos, sistemas y técnicas que han posibilitado el progreso del sector sanitario desde los laboratorios hasta los quirófanos. Tan solo en los últimos 50 años, se ha producido un enorme salto cualitativo de las técnicas de diagnóstico por imagen, la cirugía de precisión o el acceso e intercambio de la información sanitaria, salvando miles de vidas y ahorrando millones de euros a los sistemas sanitarios. Ahora un campo de investigación promete revolucionar la industria de la salud y la farmacología en el marco de la cuarta revolución industrial: la nanotecnología.

Mientras que algunos avances desarrollados gracias a la posibilidad de manipular materiales a escala nanométrica ya se dejan ver en sectores como la construcción o el textil, en laboratorios de todo el mundo se están fraguando un sinfín de aplicaciones que se espera que vean la luz en las próximas décadas. La nanotecnología está llamada a cambiar de forma radical la manera en la que diagnosticamos, prevenimos y tratamos las patologías más dañinas, haciendo la medicina más precisa, personalizada y capaz de llegar hasta donde los procesos tradicionales nunca han podido. Como declaró el empresario y filántropo estadounidense Bernard Marcus, que ha participado en varios proyectos nanotecnológicos,la nanomedicina "va a tener un gran impacto en la supervivencia de la raza humana, incluso mayor que la penicilina".

 

Nanobiosensores y contrastes para diagnósticos más precisos

Los desarrollos nanotecnológicos podrían acceder a partes de nuestro cuerpo a nivel molecular para detectar cualquier cambio con mayor precisión y de forma más prematura. En ocasiones, incluso antes de que el paciente presente síntomas y de que la enfermedad sea detectable por los habituales medios de diagnóstico por imagen o por examen de muestras biológicas.

En este sentido, una de las aplicaciones más interesantes es el uso de nanobiosensores capaces de detectar sustancias químicas o biológicas en tejidos y fluidos extraídos de nuestro cuerpo. Estos dispositivos están integrados por un receptor biológico y un sensor compuesto por nanomateriales que transforma la respuesta del receptor en una señal detectable, de manera que el dispositivo puede volverse fluorescente o cambiar su patrón de movimiento al entrar en contacto con una sustancia determinada.

De esta forma se han conseguido detectar virus como el zika o el VIH. Se espera que su desarrollo comercial suponga una forma más precisa, barata y rápida de examinar una muestra en comparación con las técnicas tradicionales. Además su precisión será clave a la hora de desarrollar tests preventivos que puedan detectar enfermedades mortales en etapas muy prematuras, lo que incrementa las posibilidades de supervivencia.

Tres instituciones científicas de la Comunidad Valenciana y una empresa han colaborado en el desarrollo de una solución a partir de nanopartículas que aumentan el contraste en imágenes de resonancia magnética. Crédito: CIBER-BBN.

Otros avances están enfocados a optimizar los procesos que se utilizan actualmente. Por ejemplo, se han desarrollado contrastes —el material que se administra previamente a ciertas pruebas de diagnóstico por imagen para resaltar zonas determinadas— que utilizan nanopartículas con propiedades magnéticas o semiconductoras que multiplican las posibilidades de estos procedimientos y aumentan el la calidad del resultado en pruebas como las resonancias magnéticas o los TAC. Estos contrastes ya se encuentran en el mercado, pero su uso, de momento, es limitado. “Los contrastes son buenísimos, pero son mucho más difíciles de usar y no se cuenta con los equipos adecuados, por lo que se acaban quedando en las estanterías y se terminan por usar los de toda la vida”, según afirma Agustín Camón, investigador del Instituto de Nanociencia y Materiales de Aragón.

 

Nanorrobots cirujanos, una esperanza contra el cáncer

Si hay un desarrollo nanotecnológico que parece sacado de una obra de ciencia ficción es el de los nanorrobots capaces de introducirse en el cuerpo humano y trasladarse a lugares concretos para solucionar problemas a escala celular. Como comenta el investigador Fernando Soto, del Canary Center at Stanford for Cancer Early Detection, es lo más parecido a “tragarte a tu propio médico, guiarlo donde quieras y hacer que haga determinadas operaciones”.

Estos nanobots se pueden guiar de forma interna —aprovechando sustancias como la glucosa a modo de combustible— o de forma externa a través de campos magnéticos o ultrasonidos. Una vez en su destino, podrían interactuar con patógenos o bacterias o incluso recolectar muestras a un nivel al que ningún instrumento quirúrgico podría llegar. Así se podrían llegar a realizar biopsias mínimamente invasivas. Incluso se han desarrollado nanorrobots capaces de perforar tejidos para acceder a regiones hasta ahora inaccesibles con las herramientas tradicionales, como los tejidos intraoculares o ciertas partes del cerebro.

Pero la mayor esperanza en el desarrollo de nanodispositivos programables está depositada en la administración localizada de medicamentos. Los fármacos pueden ser introducidos en nuestro sistema a través de dispositivos nanométricos que son capaces de localizar determinadas células e interactuar en su interiorDe esta manera, una terapia localizada podría sustituir a terapias invasivas con efectos secundarios nocivos que se utilizan contra algunas enfermedades, especialmente contra la reproducción de tumores.

La capacidad de desarrollar terapias contra el cáncer que incluyan elementos nanométricos cambiará la forma en la que tratamos la enfermedad. Crédito: National Institute of Health.

La oncología es uno de los campos que más se va a beneficiar de esta novedosa forma de administración de fármacos. Las terapias más utilizadas en la actualidad contra el cáncer son muy eficaces contra las células cancerosas, pero altamente tóxicas para el resto de nuestro organismo. Sin embargo, a través de la entrega selectiva de la medicación únicamente en las células afectadas, es posible administrar dosis más altas del medicamento sin necesidad de dañar a otro tipo de células sanas.

Una de las técnicas que se han desarrollado y probado en ratones consiste en administrar nanorrobots que han sido programados para actuar en células tumorales. Al detectarlas, liberan una enzima coagulante que provoca trombosis intravascular e impide que las células se sigan reproduciendo. Este es solo un ejemplo de decenas de terapias que se han diseñado en laboratorios para luchar contra el cáncer de manera más precisa y con menor toxicidad. Algo que será especialmente relevante ya que se espera que los casos de cáncer aumenten más de un 60% en las próximas dos décadas.

 

Los principales obstáculos para aterrizar en los hospitales

Aunque todas estas aplicaciones de la nanotecnología y la nanociencia en el campo de la medicina y la salud son muy prometedoras, sus avances todavía no han logrado traducirse en soluciones clínicas en la vida real. La mayoría de estas soluciones ni siquiera se han probado en humanos y aún se encuentran en fase de experimentación con modelos animales.

El principal obstáculo al que se enfrenta la industria es cómo optimizar los productos para que, además de ser seguros, resulte eficaz comercializarlos y utilizarlos a gran escala. Hasta ahora estas soluciones se han logrado reproducir satisfactoriamente en laboratorios, pero el desafío en última instancia es el de desarrollar nanodispositivos biocompatibles que naveguen por nuestro cuerpo sin provocar ningún inconveniente secundario y sin atascarse con barreras biológicas o perderse en rincones por el camino. Es decir, hacer que estos aparatos realicen su trabajo de forma eficaz y sean eliminados o recuperados sin causar ninguna molestia.

Se espera que las soluciones nanomédicas salgan de los laboratorios y tengan una aplicación clínica en las próximas décadas. Crédito: Kevin Tong/UC Davis College of Engineering.

Además de que el sector se enfrenta a la falta de regulación, los protocolos existentes de seguridad y calidad dificultan la aprobación de terapias o fármacos que incluyan elementos nanotecnológicos. Las terapias que se han diseñado hasta ahora entrañan un nivel muy sensible de interacción con el organismoPero en general existen muchos riesgos que tendrán que ser pulidos antes que cualquier agencia reguladora pueda revisarlos.

Una vez que se superen estas barreras, se garantice la seguridad de este tipo de terapias en humanos y exista un interés sanitario y comercial suficiente como para aplicarlas a gran escala, todas estas aplicaciones podrían generalizarse. La nanotecnología aspira a ser una gran herramienta tanto para mitigar algunas de las enfermedades con mayor mortalidad, como el cáncer, como para encontrar un tratamiento para otras que actualmente no cuentan con terapias efectivas, como el alzheimer o la pérdida de audición.

 

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Tungsteno es un laboratorio periodístico que explora la esencia de la innovación. Ideado por Materia Publicaciones Científicas para el blog de Sacyr.

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