La naturaleza reta a la imaginación. Mucho antes de que los científicos pudieran imaginar los alcances de los nanomateriales, la naturaleza ha albergado fuentes ricas en nanomateriales contenidos en procesos naturales cotidianos, como la actividad volcánica, las tormentas de polvo y la espuma del mar que baña las costas en todo el mundo.
De hecho, muchos de estos materiales han sido utilizados desde hace miles de años en la construcción, la medicina y el arte, como la famosa copa de Licurgo, una pieza romana de cristal en tono rubí fabricada en el siglo IV que contiene nanopartículas de oro y plata que cambian de color según la iluminación. La inclusión de nanopartículas posiblemente se debió a la contaminación accidental del vidrio en el taller, pero su presencia es innegable, tal como la de las nanoestructuras de la flor de loto, cuyo complejo diseño nanométrico provoca que sus hojas sean “impermeables”.
La palabra nanotecnología es usada para definir a ciencias y técnicas dedicadas al estudio, diseño, creación, síntesis, control, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a una nano escala, es decir, a una millonésima parte de un milímetro y por tanto permiten trabajar y manipular de forma individual átomos y moléculas. En términos generales, abarca estructuras a una escala de entre 1 y 100 nanómetros. Los materiales de este tamaño presentan propiedades únicas que afectan las reacciones físicas, químicas y biológicas.
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Pequeño gran mundo
El estudio, desarrollo y la utilización de estas propiedades es parte esencial de las nuevas tecnologías. El físico y ganador del Premio Nobel Richard Feynman predijo en 1959 las oportunidades que presentaba la manipulación de la materia a una escala atómica y molecular, pero el término nanotecnología cumple en realidad 50 años, pues empezó a usarse hasta 1974 por el ingeniero, y también ganador del Nobel, Norio Taniguchi.
Una de las áreas con más posibilidades es la médica. En todo el mundo se prueban sus alcances y limitaciones. La escala de muchos mecanismos biológicos en el cuerpo humano permiten a las nanopartículas y nanomateriales cruzar barreras naturales para acceder a sitios específiucos de entrega e interactuar a diferentes niveles, en la sangre o dentro de órganos, tejidos o células.
En México, recientemente se recibió una buena noticia respecto al diseño de herramientas científicas inspiradas en el mundo nano. Se patentó una nueva forma de diagnóstico del cáncer de mama que emplea nanopartículas. La innovación se trata del uso de nanopartículas luminiscentes diseñadas y fabricadas para que, una vez que están dentro del organismo, se unan a las células cancerígenas y estas sean detectadas con mayor precisión a través de una tomografía computarizada, reduciendo así el diagnóstico de falsos negativos.
Tras 10 años de colaboración, un grupo de investigación integrado por especialistas y estudiantes del CICESE y la UNAM obtuvo una patente por el desarrollo de este nuevo método, lo que significa un avance para lograr que pase de los laboratorios a su aplicación en pacientes.
La patente fue otorgada por el Instituto Mexicano de la Propiedad Industrial (IMPI) al Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California (CICESE) y la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM). En la patente figuran como inventores Patricia Juárez Camacho, investigadora del Departamento de Innovación Biomédica del CICESE; Gustavo Alonso Hirata Flores, investigador del Centro de Nanociencias y Nanotecnología (CNyN) de la UNAM, y Akhil Jain, egresado del posgrado en Física de Materiales, hoy en Nanociencias, programa que ofrecen en conjunto las dos instituciones.
En entrevista, la doctora Patricia Juárez, investigadora del Departamento de Innovación Biomédica de la División de Biología Experimental y Aplicada del CICESE, señala que para una investigadora biomédica es un sueño hecho realidad que una idea que se trabaja en un laboratorio, se materialice con el aval de una patente, abriendo así el camino para una investigación clínica.
Juárez puntualiza que patentar es un paso más para que esta tecnología pueda tener más impacto, “pues patentar significa tener los derechos del registro de propiedad, de esta manera se puede comercializar, algo necesario para que la tecnología se desarrolle y llegue a las personas”, señala y agrega que se trata de procesos largos y tardados por todos los requerimientos de calidad y legales; sin embargo, son esenciales porque hacen la investigación más competitiva a nivel nacional e internacional, además de que protege los derechos de autor.
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Contra el cáncer y más
Las nanopartículas patentadas tienen un tamaño entre 40 y 60 nanómetros. Están hechas de óxido de gadolinio y funcionalizadas con ácido fólico, esto quiere decir que cuentan con un recubrimiento de este último, materia que es clave para que se unan a las células cancerígenas, pues las células normales tienen algunos receptores de ácido fólico, pero las células de algunos cánceres, como el de mama, tienen muchos más. La tecnología también es útil en otros tipos de cáncer, como el de ovario, endometrio, cerebro y páncreas.
Las nanopartículas viajan en el cuerpo, llegan al tumor y se adhieren químicamente sin ser tóxicas para el organismo. Al unirse al tumor ocurre un intercambio de energía que produce un fotón, es decir, una emisión de luz que, literalmente, abre el camino para una detección más puntual del cáncer.
Después de las pruebas in vitro, se realizaron estudios en modelos animales como los ratones. Además de estas pruebas también se investigó en peces cebra, animal de similitud genética con los humanos. Los estudios de toxicidad confirmaron que las nanopartículas son seguras, pues se mantienen en el interior del cuerpo hasta ocho horas y después comienzan a ser expulsadas, por lo que es el tiempo del que se dispondría para hacer la tomografía computarizada y detectar o descartar el tumor.
La doctora Juárez señala que estos estudios abonan el 60-70% del camino. Tras la obtención de la patente, el siguiente objetivo para el grupo de investigación es impulsar que las nanopartículas se produzcan a mayor escala y que se hagan pruebas clínicas en pacientes, etapas que implican nuevas alianzas, como la investigación clínica y la participación de inversionistas interesados en dar continuidad al proceso de innovación.
Lograr una detección del cáncer con mayor antelación y en sitios más específicos ayuda a tener posibiliddes de administrar tratamiento y prevenir que los tumores hagan metástasis en otros lados del organismo. Uno de los principales campos de investigación de la doctora Juárez es justo la metástasis en los huesos.
“En el laboratorio caracterizamos diferentes moléculas con potencial terapéutico, como reguladores para proteasas, moléculas externas y compuestos marinos, pues al estar en Ensenada, un lugar junto al mar, tenemos más oportunidad de explorar en la riqueza oceánica. En corales, algas y caracoles, donde puede haber material candidato para regulación ósea e inhibidores de metástasis”, dice la investigadora.
Según el Observatorio para Nanomateriales de la Unión Europea, la nanotecnología es una ciencia emergente que está teniendo una rápida evolución y se prevé que contribuya al crecimiento económico y la creación de empleo en las próximas décadas.
Actualmente 40% de las patentes registradas en este ámbito se concentran en cinco países: China, Estados Unidos, Japón, Corea del Sur y la Unión Europea. Sin embargo, en los últimos 30 años, la presentación de patentes en todo el mundo se ha incrementado un 228%. Según los especialistas de este observatorio, la nanotecnología tendrá cuatro generaciones distintas de desarrollo.
Así que nos encontramos en la segunda generación de nanomateriales mediante la bioactividad que permite administrar un fármaco en una célula o un órgano específicos que puede hacerse recubriendo la nanopartícula con proteínas específicas.
Juárez señala que la mayoría de los medicamentos están hechos de moléculas grandes y el mundo nano permitió una serie de ventajas. “La nanotecnología es atractiva para la creación de medicamentos porque estas moléculas viajan mejor por el torrente sanguíneo, tienen una mejor estabilidad y tienen la capacidad de modificarse en su superficie, pues se funcionalizan mediante receptores. Así se pueden crear terapias dirigidas más estables, que pueden llegar a sitios específicos”.
El Observatorio para Nanomateriales puntualiza que la complejidad aumentará aún más en la tercera y la cuarta generación de la tecnología. Se partirá de un nanosistema avanzado, por ejemplo la nanorrobótica, para llegar a un nanosistema molecular y controlar el desarrollo de órganos artificiales en la cuarta generación de nanomateriales. El camino aún es largo, pero promisorio.