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Implementación de Nanotecnología en fármacos Acosta Turo, Rafael; Cervantes, Marisol; Gallardo, Ignacio; Hernández, Nahuel; Khalil Silva, Javier; Prieto Ríos, Matías Universidad Tecnológica Nacional, Facultad Regional Buenos Aires Abstract La Nanotecnología es un área muy prometedora que se encuentra avanzando a pasos agigantados; y ofrece aplicaciones en diversos ámbitos. Uno de ellos es el de la medicina, donde propone múltiples beneficios. Entre las aplicaciones con fines medicinales de la Nanotecnología se encuentra la de los fármacos, tema central del presente artículo de investigación en donde se estudian a los nanofármacos junto a su desarrollo, funcionamiento y beneficios, así como también las tecnologías informáticas implicadas. Palabras Clave Nanofármacos, Nanotecnología, medicina, fármacos. Introducción La Nanotecnología se dedica a la manipulación y diseño de la materia a nivel atómico o molecular con diversos fines [1]. Es un fenómeno que ha sufrido grandes avances en los últimos tiempos [2]. Actualmente la Nanotecnología se encuentra presente en diversos ámbitos y ofrece muchísimas ventajas en los mismos. Entre estos ámbitos se incluye el de la medicina, en donde surge el concepto de “nanofármacos”. Se tratan de nanopartículas controladas para la liberación de fármacos en zonas específicas, utilizando para ello nanovehículos [3]. Si bien todavía es muy reciente y hay pocas experiencias, promete diversas ventajas, como es la reducción de los efectos secundarios que se conocen en los medicamentos tradicionales [3]. En este contexto, el presente trabajo de investigación (realizado en el marco de la cátedra de “Análisis de Sistemas”) tiene por objetivo estudiar cómo se desarrollan y utilizan los nanofármacos, qué tecnologías informáticas se ven involucradas y cuán beneficiosos pueden ser para la salud de los pacientes. Para cumplir con dicho objetivo el trabajo se estructura de la siguiente manera: en la primera sección se presenta el concepto de Nanotecnología y su vínculo con el campo de la medicina. En la segunda sección se expone qué es un nanofármaco, qué características presenta y cómo funciona, así como también se exponen algunas de las soluciones tecnológicas utilizadas. En la tercera sección, se investiga sobre el estado actual de los nanofármacos y qué beneficios e inconvenientes presenta. Finalmente se detallan las conclusiones obtenidas y futuras líneas de trabajo. 1. Nanotecnología La Nanotecnología es el campo que se dedica al estudio y desarrollo de sistemas para la manipulación de la materia a escalas nanométricas [1]. En los últimos tiempos se consiguieron grandes avances en la Nanotecnología aplicada en distintas disciplinas: la nanoquímica ofrece nuevos materiales artificiales que cuentan con propiedades inusuales [4], en la electrónica constantemente se crean semiconductores más pequeños [5], y entre otras, la medicina utiliza la Nanotecnología para el diagnóstico y el suministro de fármacos [3]. En el campo de la medicina se identifican dos áreas principales de desarrollo para la Nanotecnología [6]. Una es el diagnóstico para la detección de enfermedades. Como se muestra en la figura 1, se pueden utilizar nanopartículas específicas como agente de contraste en sistemas de diagnóstico por imágenes para así mejorar su sensibilidad y eficacia [6]. Como explica Pablo Botella, científico titular del CSIC en el Instituto de Tecnología Química "las nanopartículas pueden acumularse selectivamente sobre determinados tejidos patológicos, siempre que exista una molécula directora adecuada. Esto sería válido para el diagnóstico de diversos tipos de cáncer; por ahora, estamos trabajando en su aplicación en cáncer de próstata, con resultados positivos"[7;8]. Figura 1. Imágenes in vivo del contraste positivo (T1-weighted) y negativo (T2-weighted) obtenidas en una rata macho Sprague-Dawley con un campo magnético de 7 T. (a-d) Control (línea base) sin administración de nanopartículas magnéticas. Las regiones de interés aparecen marcadas en rojo. Otra área donde se aplica es el tratamiento de enfermedades. Existen múltiples diseños de sistemas que permiten transportar drogas y liberarlas en lugares específicos [6]. De esta manera se mejora su efectividad y se reducen los efectos secundarios. A estos sistemas se los conoce como nanofármacos [3]. Por ejemplo, el paclitaxel unido a la albúmina (también conocido como Abraxane) y la doxorrubicina encapsulada en liposomas (también conocida como Doxil) son nanomedicinas quimioterapéuticas clínicamente aprobadas y utilizadas [9]. 2. Nanofármacos Los nanofármacos son el centro de atención cuando se habla de tratamientos con especificidad mejorada y, sin duda, son prometedores y llevarán a tratamientos más efectivos en el futuro. Esta sección de divide en dos subsecciones las cuales permiten comprender qué son y cómo funcionan los nanofármacos. En la subsección 2.1 se explican cuáles son los materiales y tecnologías utilizadas en los nanofármacos y en la subsección 2.2, se explica su funcionamiento. 2.1 Materiales y tecnologías utilizadas en los nanofármacos La industria farmacéutica, haciendo uso de las innovaciones tecnológicas, utiliza Nanotecnología y nanomateriales (materiales con un tamaño de 1 a 100 nm) para desarrollar fármacos dentro de un sistema llamado liberación controlada [10]. Los fármacos de liberación controlada son todos aquellos que tienen como objetivo proporcionar una dosis terapéutica de una droga a una ubicación del cuerpo en donde sea requiera, y mantener su concentración en los niveles deseados. Este tipo de tecnología permite que sea liberada gradualmente, a un ritmo dictado por las necesidades del cuerpo [10]. A esto se lo conoce como biodisponibilidad. La biodisponibilidad también aliviará otro problema importante al que enfrentan los farmacéuticos en la actualidad: la interactividad con los medicamentos. Actualmente, algunas drogas pueden habitar todo el cuerpo y mezclarse entre ellas, causando efectos interactivos peligrosos. Un medicamento para el colesterol, por ejemplo, podría tener un efecto interactivo con antidepresivos. La biodisponibilidad promete cambiar esto, ya que las moléculas solo irán donde se necesiten [11]. Existen diversos materiales y tecnologías que se utilizan en la construcción de nanosistemas para la liberación de fármacos. A éstos se los pueden clasificar en 2 grandes grupos [10]: ● Nanoestructuras orgánicas: en este grupo se encuentran los materiales poliméricos con los que se construyen nanoesferas, nanocápsulas, micelas, liposomas, dendrímeros y conjugados polímero-fármaco. ● Nanoestructuras inorgánicas: bajo esta clasificación se encuentran las nanopartículas de óxidos metálicos, nanopartículas de sílicamesoporosa y nanotubos de carbón [10]. 2.2 Funcionamiento Por lo general, los nanovehículos son dendrímeros (moléculas artificiales que encapsulan la medicina) o nanotubos de carbonos (conductos diminutos de láminas de átomos de carbono enrolladas por los que circula el medicamento). Para poder llegar a su destino y así liberar parcial o totalmente el principio activo, los nanovehículos son capaces de atravesar capilares, poros y membranas celulares, viajando por el torrente sanguíneo o el interior de las células. Estos principios activos o medicamentos pueden ser azúcares, péptidos, proteínas y genes, diseñados para que sean reconocidos específicamente por células, tejidos y órganos enfermos. Existen diseños de nanovehículos magnéticos que pueden ser guiados mediante campos magnéticos externos hacia la región afectada [12]. Otro tipo de nanofármaco utilizado es el detector de enfermedades.Se tratan de una clase de nanofármacos que transportan moléculas diagnósticas, las cuales permiten detectar indicadores patológicos relacionados con la presencia de una enfermedad [12]. También se han creado biochips que permiten obtener grandes cantidades de información sobre el organismo al ser transportados por el mismo. Los biochips a nanoescala, como los muestra la figura 2, permiten conseguir abundante información en poco tiempo: la genética del individuo, agentes patógenos, etc [12]. Figura 2. Biochip capaz de obtener información del paciente. Un equipo de la Universidad de Harvard descubrió un método para detectar presencia de virus basado en el silicio. Consiste en una especie de nanotransistor de efecto de campo (nanoFET) formado por hilos ultrafinos de silicio y, que, debido a sus diminutas dimensiones, puede introducirse en una célula sin trastornarla y así registrar su actividad [13]. Este tipo de dispositivos son muy útiles para recopilar información con una precisión que antes no era posible, y que resulta provechosa para un mejor diagnóstico. También, existen modelos de unidades computacionales para introducir en el cuerpo humano que, a partir de procesar la información que recogen (como ser la presencia de biomarcadores) pueden informar una situación anómala y actuar de manera acorde (se diagnostica positivo y se suministra el fármaco) [14]. Algunos científicos persiguen la idea del “doctor celular”, una célula genéticamente modificada para procesar y analizar signos biológicos, emitir un diagnóstico, y actuar si es necesario [14]. Estos elementos llevan a comprender que la informática va a ser crucial en el desarrollo de la Nanotecnología en fármacos, ya sea desde la construcción de modelos y simulaciones de estos dispositivos, como así también el procesamiento de las grandes cantidades de información acerca del cuerpo humano que estas tecnologías brindan. 3. Estado actual La Nanotecnología se está convirtiendo con gran rapidez en una herramienta imprescindible en medicina para resolver las limitaciones de los fármacos y mejorar su transporte en el organismo, siendo una de las líneas de investigación con más fuerza en los tratamientos contra enfermedades y patologías como el cáncer, el SIDA, la artritis, la psoriasis, entre otras. En los casos del cáncer y el SIDA existen resultados positivos en pruebas con animales, presentando como principal ventaja la “inteligencia” que aportan los nanovehículos para saber dónde dirigir los fármacos, que de otra forma sólo llegan en pequeña cantidad a su objetivo terapéutico [15;16]. La primera generación de medicamentos contra el cáncer distribuidos vía nanopartículas ya fue aprobada por la Administración de Alimentos y Drogas (FDA) de los Estados Unidos [15;16]. En el campo del diagnóstico en tiempo real de enfermedades es donde se vislumbra uno de los mayores potenciales de la nanomedicina. Se llega a detecciones más precoces y eficaces que con los métodos convencionales, ventaja que permite abordar tratamientos con la menor diseminación posible de la patología [17]. Si bien hoy su costo es muy elevado por las patentes a pagar, ya se encuentran en desarrollo (en fases clínicas avanzadas) nanogenéricos, que se espera serán más baratos [17]. Sin embargo, es muy pronto para hablar de Nanotecnología en el cuidado de la salud, y siendo objeto aún de debate, la posibilidad de que sea de utilidad para los países de escasos recursos.Esto se debe a que se considera una gran inversión, cuando está en falta todavía, la asistencia sanitaria más elemental. Hay que agregar el hecho de lo poco estudiada que se encuentra la toxicidad de las nanopartículas para la salud humana y el ambiente [16]. Conclusión Sin duda, la Nanotecnología es una gran promesa para la medicina. Esta herramienta será imprescindible para la evolución de la industria farmacéutica, debido a sus importantes beneficios respecto a las tecnologías actuales. Se ha podido observar que la Nanotecnología actualmente tiene múltiples aplicaciones en la medicina, que van desde el diagnóstico, hasta el tratamiento de enfermedades. Entre éstas, se encuentran los nanofármacos, los cuales presentan innumerables beneficios frente a los fármacos tradicionales. Hoy en día existen diversas soluciones que involucran nanofármacos y que demuestran el gran potencial de esta tecnología, beneficiándose con el uso de las tecnologías informáticas. Sin embargo, todavía queda mucho trabajo de investigación y el desarrollo es aún prematuro. Como futuras líneas de trabajo, se analizará si estas expectativas acarreadas por parte de la medicina y la tecnología informática, llegan a cumplirse en el futuro y de manera accesible, o si en realidad las limitaciones nos acaban superando. Referencias [1] Concepto definición. Definición de Nanotecnología. Disponible en: https://goo.gl/oAGU8D/. Fecha de consulta: Abril de 2018. [2] Alberto M. Nanotecnología: pasado, presente y futuro. Omnicrono. Disponible en: https://goo.gl/pUz2jW. Fecha de consulta: Abril de 2018. [3] Martínez, Jesús. La revolución de la Nanotecnología en la medicina del futuro. Disponible en: https://goo.gl/qPKVT5. Fecha de consulta: Abril de 2018. [4] TORRES CEBADA, Tomás. Nanoquímica y Nanotecnología: Nuevos materiales, polímeros y máquinas moleculares. Encuentros multidisciplinares, 2002. Disponible en: https://goo.gl/3dBdKr. Fecha de consulta: Mayo de 2018. [5] Gabriel Sánchez Santolino. La Nanotecnología y la industria de los semiconductores. Disponible en: https://goo.gl/DRNxuX. Fecha de consulta: Mayo de 2018. [6] DE SILVA, M. N. Nanotecnología y nanomedicina: un nuevo horizonte para el diagnóstico y tratamiento médico. Archivos de la Sociedad Española de Oftalmología, 2007. Disponible en: https://goo.gl/PujsRt [7] EUROPA PRESS. Desarrollan nanopartículas que mejoran el contraste en resonancia magnética y facilitan el diagnóstico[en línea] [fecha de consulta: 03 julio 2018] . Disponible en: https://bit.ly/2lShgIO [8] Pablo Botella Asunción. Desarrollo de nuevos nanomateriales con estructura de polímeros de coordinación, útiles como agentes de contraste para el diagnóstico clínico por resonancia magnética [en línea] [fecha de consulta: 03 julio 2018]. Disponible en: https://bit.ly/2tPNb10 [9] Christopher VanLang. Why aren’t we using nanoparticles for drugs delivery? [en línea]. Fecha de consulta 03 Julio 2018. Disponible en: http://qr.ae/TUpq9G [10] sciencedirect. La nanomedicina y los sistemas de liberación de fármacos. Disponible en: https://goo.gl/WoZo7Y [11] Lucas Karl Hahn. What are the advantages of nanomedicine or nanoparticles in medicine?[en línea] [fecha de consulta: 03 julio 2018]. Disponible en: http://qr.ae/TUpqcT [12] sabermas. Nanovehiculos: fármacos inteligentes. Disponible en: https://goo.gl/ZqvQEu [13] Fundación telefónica. Nanotecnología y medicina: biochips y nanotransistores, Mecum. Disponible en: https://goo.gl/9Bz27k [14] Pediatric Research. Nanoinformatics and DNA- Based Computing: Catalyzing Nanomedicine, Maojo, V., Martin-Sanchez, F., Kulikowski, C., Rodriguez-Paton, A., y Fritts, M. Disponible en: https://goo.gl/KkE4jm [15] El Periódico. La inmunoterapia contra el cáncer da resultado. Disponible en: https://goo.gl/N5WkrM [16] Sci Dev Net. PriyaShetty, Nanotecnología para la salud: hechos y cifras. Disponible en: https://goo.gl/oXB2Nj [17] La Voz De Galicia. «El nanofármaco es caro, pero se desarrollan ya nanogenéricos», María José Alonso. Disponible en: https://goo.gl/9o8p1z https://goo.gl/PujsRt https://bit.ly/2lShgIO https://bit.ly/2tPNb10 https://www.quora.com/profile/Lucas-Karl-Hahn https://www.quora.com/What-are-the-advantages-of-nanomedicine-or-nanoparticles-in-medicinehttps://www.quora.com/What-are-the-advantages-of-nanomedicine-or-nanoparticles-in-medicine https://goo.gl/9o8p1z
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