Nanotubos de carbono en la distribución de fármacos

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Nanotubos de carbono en la administración de fármacos: enfoque en las terapias contra el cáncer
Daniela Campo
María del Mar Peña
Tatiana Montoya
Sebastian Morales
Estadísticas generales sobre el cáncer
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Carga que representa el cáncer a nivel mundial
En 2018:
Se anticipa que en 2040, los números van a aumentar a:
En general, las tasas más altas de cáncer se encuentran en los países con poblaciones que tienen el nivel más alto de esperanza de vida, de educación y de estándar de vida. 
18,100,000 casos nuevos y 9,500,000 de muertes mundiales
29,500,000 casos nuevos y 16,400,000 de muertes mundiales
Características de los CNT (Carbon nanotubes)
Después de su descubrimiento por Iijima en 1990, un progreso notable ha sido fabricado con nanotubos de carbono en diversos campos de la nanotecnología, incluida la nanomedicina para el suministro de fármacos y biomoléculas a tejidos diana 
Características de los CNT
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CNT
Principales tecnicas de sintesis
Caracteristicas unicas
Ultra - alta relación de aspecto
Alta capacidad de carga
Descarga de arco eléctrico
Deposicion quimica de vapor (CVD)
Ablacion laser
Biodisponibilidad intracelular
Los CNT se clasifican en dos tipos: 
CNT de pared simple (SWCNT)
CNT de paredes múltiples (MWCNT)
Los CNT de pared simple (SWCNT) son cilindros de feno, mientras que los CNT de paredes múltiples (MWCNT) son un complejo anidamiento de cilindros de grafeno. 
Los SWCNT son de menor diámetro,flexible y ofrece soporte para imágenes. Por el contrario, los MWCNT tienen un alto área de superficie y, por lo tanto, un relleno endoédrico más eficiente.
Estructura básica y síntesis de CNT
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Comparación entre CNT y nanopartículas esféricas
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CNT: Modificaciones covalentes
Conservar propiedades eléctricas y ópticas intrínsecas
CNT: Modificaciones no covalentes
Los CNT cubiertos de polímero ofrecen un apoyo adicional en la estabilización de la dispersión.
Polietilenglicol
Polivinipirrolidona
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La solubilización de CNT en biopolímeros (péptidos, proteínas y ácidos nucleicos) es un método más adecuado para integrarse con sistemas biológicos
Captación celular de CNT y destino en sistemas biológicos
Propiedades dinámicas de captación celular de los CNT → administrar fármacos y biomoléculas a las células
Acumulación
Eliminación
Atravesar las membranas
Difusión pasiva (sin gastar energía)
Endocitosis 
Después de la liberación
Componentes subcelulares
Eliminación:
Biodegradación 
Exocitosis
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Entrega de agentes anticancerígenos 
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Se han administrado con éxito diferentes agentes terapéuticos contra el cáncer
Medicamentos contra el cáncer basados ​​en platino (Pt)
Los SWCNT y los MWCNT → propiedades de liberación inmediata y sostenida, respectivamente.
Mayor potencial→ en los sitios del tumor.
Administración de agentes terapéuticos
01
Perfiles farmacocinéticos deficientes
Rápida degradación, acumulación en los tejidos, incapacidad para atravesar las membranas biológicas
Administración de fármacos contra el cáncer 
Utilización de CNT en la terapia del cáncer
Utilización de CNT en la terapia del cáncer
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Entrega de agentes de terapia genética utilizando CNT
03
La entregar agentes geneticos, se ha realizado con el uso de vectores virales y no virales. dicha práctica desencadena inmunogenicidad de lo que han surgido nuevas prácticas.
Los CNTs aportan ventajas para entregar grandes cargas de material genetico especialmente de forma intracelular.
Esta práctica requiere de agentes perturbadores de endosomas para lograr que el material genético sea liberado del endosoma y así se pudiese utilizar.
Utilización de CNT en la terapia del cáncer
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dsDNA/ plasmid DNA
04
El primer tipo de ácido nucleico transferido exitosamente por un CNTs in vitro fue plasmid DNA por Pantarotto y sus colegas.
Plasmid DNA es una pequeña molécula circular extra, presente en procariotas y puede replicarse de forma independiente.
Utilización de CNT en la terapia del cáncer
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RNA Interferencia (iRNA)
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La administración intravenosa de siRNA sin modificar tiene corta duración debido a la destrucción y produce efectos secundarios no deseados.
Sin embargo cuando se utilizó CNTs para transportar siRNA en la línea de celular K562 en leucemia fue un éxito.
También se utilizó por Prabhpreet Singht para promover apoptosis de la línea de celular A549 de cáncer pulmonar.
Utilización de CNT en la terapia del cáncer
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Oligonucleótidos
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La entrega exitosa de oligonucleótidos usando SWCNTs en las líneas de células de cáncer de seno que induce apoptosis significativa.
Utilización de CNT en la terapia del cáncer
Utilización de CNT en la terapia del cáncer
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Radioterapia y ablación térmica
09
Se añaden radioisótopos para determinar la biodistribución y estudios de imagen.
Las propiedades ópticas de los nanotubos producen ablación térmica en la región infrarroja.
Entrega de agentes inmunoterapéuticos
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Administración de vacunas de células tumorales (TCV).
La flexibilidad en las modificaciones de la superficie y la alta relación de aspecto facilitan la unión de dianas antigénicas.
Aptámeros de ADN/ARN
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Adoptan formas únicas, lo que les permite reconocer un blanco específico con gran afinidad.
Fáciles de sintetizar y modificar.
Más eficaces.
En 2016 científicos combinaron las modificaciones en las superficies externa e interna de los nanotubos para diseñar una radioterapia dirigida contra el cáncer
Toxicidad de los NTC
Generan acumulación en tejidos, aumento del estrés oxidativo y mitocondrial, y daño al ADN.
Los nanotubos más largos son potencialmente más tóxicos que los cortos.
SWCNT: Inflamación aguda, fibrosis, necrosis y formaciones de granulomas 
MWCNT: Hiperplasia celular, daño a las células de Kupffer e irritación ocular.
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CONCLUSIÓN
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Los NTC son nanoportadores prometedores tanto para fármacos como para biomoléculas.
Se pueden funcionalizar para mejorar la solubilidad, transportar diversos agentes terapéuticos y dirigirlos, etc. 
Su forma les permite penetrar en las membranas celulares. 
Poseen una relación de aspecto alta, una alta capacidad de carga de fármaco, biocompatibilidad y facilidad de funcionalización. 
Se requiere mayor comprensión de estas estructuras antes de emplearse clínicamente de forma rutinaria.
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REFERENCIAS
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Nanocápsulas de carbono contra el cáncer. (2016, March 6). Ingeniería Biomédica. https://www.ingbiomedica.com/blog/nanocapsulas-de-carbono-contra-el-cancer/
Ospina, J. D. (2020). Aptamers as a novel diagnostic and therapeutic tool and their potential use in parasitology. Biomedica, 40(Supl. 1), 148–165. https://doi.org/10.7705/biomedica.4765
Ravi Kiran, A. V. V. V., Kusuma Kumari, G., & Krishnamurthy, P. T. (2020). Carbon nanotubes in drug delivery: Focus on anticancer therapies. Journal of Drug Delivery Science and Technology, 59, 101892. https://doi.org/10.1016/j.jddst.2020.101892
World Health Organization: WHO, “Cáncer,” Who.int, Mar. 03, 2021. https://www.who.int/es/news-room/fact-sheets/detail/cancer