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  • Nanotecnología para la salud: hechos y cifras

Los pases en desarrollo pueden usar la nanotecnologa para mejorar la salud? Priya Shetty analiza la promesa de las nanomedicinas.

La nanotecnologa la ciencia de lo extremadamente pequeo tiene un enorme potencial para el cuidado de la salud, desde una distribucin ms eficaz de los medicamentos, el diagnstico de enfermedades con mayor rapidez y sensibilidad, y la distribucin de vacunas va aerosoles y parches.

La nanotecnologa es la ciencia de los materiales a nivel molecular o subatmico. Involucra la manipulacin de partculas inferiores a 100 nanmetros (un nanmetro es una mil millonsima parte de un metro) e implica el desarrollo de materiales o dispositivos de ese tamao, invisibles para el ojo humano y con frecuencia varios cientos de veces ms finos que el grosor de un cabello humano. La fsica y la qumica de los materiales son diametralmente diferentes cuando se reducen a nanoescalas; tienen diferentes resistencias, conductividad y reactividad, y explotarlas podra revolucionar la medicina.

Por ejemplo, un gran desafo para la medicina moderna es que el cuerpo humano es incapaz de absorber la dosis total de un medicamento administrado a un paciente. Usando la nanotecnologa, los cientficos pueden garantizar que las medicinas sean liberadas en reas especficas del cuerpo con una mayor precisin, por lo que los medicamentos podran ser formulados de manera tal que los ingredientes activos penetren las membranas de las clulas, reduciendo las dosis requeridas (Ver Recuadro 1).

Los pases ricos estn invirtiendo fuertemente en nanotecnologa para la salud. La primera generacin de medicamentos contra el cncer distribuidos va nanopartculas, por ejemplo, ya ha sido aprobada por la Administracin de Alimentos y Drogas (FDA por sus siglas en ingls) de los Estados Unidos.

Sin embargo, todava es muy pronto para hablar de nanotecnologa en el cuidado de la salud y aun es objeto de caluroso debate la posibilidad de que sea de utilidad para los pases de escasos recursos. Sus crticos sostienen que cuando millones de personas de pases como la India o quienes habitan en el sub Sahara africano estn muriendo por falta de acceso a la asistencia sanitaria ms elemental, invertir en tecnologas de punta es una absurda prdida de dinero [1].

Los especialistas estn preocupados porque la toxicidad de las nanopartculas para la salud humana y el ambiente no ha sido suficientemente estudiada. Por ejemplo, un informe de 2004 de la Real Sociedad y la Academia Real de Ingeniera del Reino Unido, recomend que las nanopartculas y los nanotubos molculas cilndricas de carbono que son mejores conductoras que las molculas normales de carbono fueran tratados como residuos peligrosos [2].

Muchas economas emergentes como Brasil, China, India, Irn, Malasia, Mxico, Singapur y Sudfrica tienen planes ambiciosos de investigacin y desarrollo (I+D) con la nanotecnologa. Sus gobiernos necesitan balancear las necesidades de salud en el corto plazo con la inversin tecnolgica en el largo plazo.

Sin embargo, mientras que los pases pobres tienen la responsabilidad permanente de fortalecer los sistemas sanitarios y proporcionar un mayor acceso a la medicina, la nanotecnologa podra, a largo plazo, salvar vidas al hacer ms eficaces los diagnsticos y tratamientos.

Un grupo de cientficos que ha delineado los usos de la nanotecnologa y las necesidades de salud a nivel mundial sostiene que la nanomedicina es relevante para el mundo en desarrollo. Entrevistaron a investigadores alrededor del mundo y concluyeron que la nanotecnologa podra contribuir considerablemente a alcanzar los Objetivos de Desarrollo del Milenio en el campo de la salud. Especficamente, en las metas de reduccin de la mortalidad infantil, disminucin de la mortalidad materna y combate al VIH/SIDA, malaria y otras enfermedades [3].

Diagnstico y deteccin

En el mundo en desarrollo hace falta urgentemente contar con un mejor diagnstico para las enfermedades, y la nanotecnologa ofrece mltiples opciones para detectarlas (Ver Recuadro 1, sobre los usos de la nanotecnologa).

Una forma de hacerlo es mediante el uso de puntos cunticos: semiconductores de tamao nano que se pueden usar como biosensores para encontrar la enfermedad y utilizarse como fluorescentes.

Conocidos a veces como nanocristales, los puntos cunticos tienen ventajas significativas respecto de los tradicionales tintes orgnicos, como el hecho de que su luminosidad se puede adaptar a una amplia gama de frecuencias y que se puede degradar mucho ms lentamente en el cuerpo humano. Los puntos de fluorescencia cuntica se pueden etiquetar a los anticuerpos que se dirigen a las clulas cancerosas o a las clulas infectadas con tuberculosis (TB) o VIH (Ver Recuadro 3 sobre nanotecnologa y tuberculosis) [4, 5].

Los puntos de fluorescencia cuntica tambin se pueden usar para diagnosticar la malaria, hacindolos que se dirijan a la protena que forma una malla en la membrana interior de los hemates. La forma de esta red de protenas cambia cuando las clulas estn infectadas con malaria, por lo que los cientficos pueden detectar la infeccin mediante la forma producida por los puntos [6].

Del mismo modo, los nanotubos de carbono, y otras nanopartculas como los nanocables, han sido usados como biosensores para detectar enfermedades como el VIH y el cncer. Se pueden fabricar, por ejemplo, biosensores de cncer uniendo sondas del cido nucleico a los extremos de los nanocables. Tales sondas son diseadas especialmente para adherirse a los biomarcadores que indican cncer, como un ARN mutado. Cuando un ARN mutado en una muestra interacta con las sondas, se inducen corrientes elctricas a lo largo de los nanocables, lo que es detectado por el chip de silicio en el que est encajado el biosensor [7].

Liberacin de medicamentos

La nanotecnologa tambin puede revolucionar la entrega de medicamentos superando retos como la manera de mantener la liberacin de drogas en el cuerpo humano y mejorar su biodisponibilidad, es decir la cantidad de ingredientes activos por dosis.

Algunos frmacos ahora pueden ser liberados mediante 'nanovehculos'. Por ejemplo, los liposomas, que pueden liberar la carga til del frmaco mediante la fusin con las membranas celulares, han sido usados para encapsular frmacos contra el VIH como la estavudina y la zidovudina en vehculos que tienen entre 120 a 200 nanmetros de tamao [7]. Dado que ambos medicamentos tienen una vida media corta, la cubierta de liposoma podra mantenerlos activos durante periodos ms largos.

Otros sistemas de liberacin de nanofrmacos incluyen el uso de jaulas de fullereno (molculas huecas compuestas enteramente de carbono, en forma de baln de ftbol), conocidas como 'buckyballs' [8] y nanomolculas ramificadas llamadas dendrmeros (Ver Recuadro 1).

Recuadro 1. Usos de la nanotecnologa en la salud

Hay diversos desarrollos en la nanotecnologa que pueden ayudar a mejorar la salud en los pases en desarrollo.

Diagnstico y deteccin de enfermedades

Sistemas de liberacin de frmacos

La eleccin del sistema depende de la forma en que se unen con el frmaco y el tipo de frmaco usado en el tratamiento.

Vigilancia de la salud

Los nanotubos y las nanopartculas se pueden usar como sensores de glucosa, dixido de carbono y colesterol, y para monitoreo in situ de la homeostasis, el proceso por el cual el cuerpo mantiene su equilibro metablico.

En el mundo desarrollado, el cncer encabeza la lista de enfermedades que estn siendo objeto de tratamientos nanomdicos (Ver Recuadro 2, sobre cncer). La prevalencia del cncer est aumentando rpidamente en el mundo en desarrollo con un 70 por ciento de muertes por esta causa, de acuerdo con la OMS. En las naciones en desarrollo, tambin se est explorando el uso de la nanotecnologa para la lucha contra enfermedades infecciosas como el VIH y la TB.

Recuadro 2: la nanotecnologa puede ayudar a curar el cncer?

Los avances de la nanotecnologa han estado muy centrados en el cncer, especialmente en el diagnstico y liberacin de medicamentos.

Los frmacos transportados por nanopartculas recubiertas de polmeros han sido usados para tratar los cnceres de mama y de ovarios resistentes a mltiples drogas con las quimioterapias paclitaxel, que inhiben la divisin celular, y con lonidamina, que suprime la energa del metabolismo en las clulas cancerosas. Las nanopartculas estn diseadas para seleccionar un receptor del factor de crecimiento epidrmico, que se sobreexpresa en las clulas tumorales [9].

La deteccin temprana del cncer puede hacer una diferencia significativa en la tasa de supervivencia. El uso de nanopartculas magnticas en un sensor de resonancia magntica en miniatura es tan sensible que los cientficos pueden detectar hasta dos clulas de cncer en un microlitro de una muestra biolgica, incrementando radicalmente la deteccin temprana [10].

Cientficos de la Universidad de Stanford en los Estados Unidos han usado la nanotecnologa para desarrollar un mtodo altamente especfico que apunta a matar las clulas cancerosas. Insertan nanotubos de carbono dentro de las clulas cancerosas y luego exponen el tejido al rayo lser infrarrojo cercano, con lo cual los nanotubos se calientan y matan las clulas cancerosas pero dejando intactas las clulas sanas [11].

Recuadro 3: Tuberculosis y nanotecnologa

La Organizacin Central de Instrumentos Cientficos de la India ha diseado un kit de diagnstico de la TB basado en nanotecnologa, sometido actualmente a ensayos clnicos. De esta manera se recortara el costo y el tiempo requerido para las pruebas de esta enferemedad. Asimismo, requiere una menor cantidad de sangre para el anlisis.

La nanotecnologa tambin se est usando para tratar la TB de manera ms eficaz. Los actuales tratamientos contra esta enfermedad requieren un complejo rgimen de consumo de medicamentos durante varios meses. Muchos pacientes no toman los medicamentos adecuadamente o no terminan el rgimen. Las formulaciones de frmacos basados en la nanotecnologa se degradan ms lentamente, permitiendo la liberacin de ms ingredientes activos con lo cual se requieren menos dosis.

Los medicamentos se encapsulan en polmeros biodegradables como liposomas y microesferas, que garantizan una liberacin sostenible de la medicina. Las nanopartculas de poliactida co-gliclido, un polmero que a menudo es usado para la liberacin de medicamentos debido a que se degrada bien y no causa reaccin inmunolgica, estn siendo probadas exitosamente como transportadoras de frmacos por grupos de estudio de la TB de la Universidad de Harvard en los Estados Unidos, el Instituto de Posgrado de Educacin e Investigacin Mdica de la India y el Consejo para la Investigacin Cientfica e Industrial en Sudfrica (Ver el artculo de fondo).

Las nanopartculas tambin podran ser la base para la elaboracin de una vacuna contra la TB en aerosol. Sin usar agujas, y por lo tanto sin requerir personal especializado para administrarla, la vacuna es estable a temperatura ambiente, algo importante en las reas rurales que carecen de una cadena fiable de fro.

Vacunas

La nanotecnologa puede anunciar una nueva era en la inmunizacin al suministrar alternativas a las vacunas inyectables para enfermedades que afectan a la poblacin pobre. Las vacunas inyectables requieren ser administradas por profesionales de la salud, que son escasos en los pases en desarrollo y particularmente en las reas rurales. Las vacunas, adems, requieren refrigeracin adecuada a lo largo de la cadena de suministro. Los cientficos estn trabajando en una vacuna contra la TB en aerosol (Ver Recuadro 3). Tambin investigan un parche para la piel basado en nanotecnologa contra el virus del Nilo occidental y el virus de la chikungunya [12].

Las vacunas inyectables pueden ser tiles si el virus inactivo se adhiere a las nanopartculas para aumentar la respuesta inmune. Este mtodo est siendo usado para elaborar una vacuna contra la pandemia de la influenza [13].

Lderes en empaquetado

Hasta el momento, China encabeza la lista de los pases en desarrollo lderes en investigaciones en nanotecnologa, registrando la mayor cantidad de patentes en esta tecnologa. Ha tenido un programa nacional de nanotecnologa desde inicios de los aos noventa y una gran cantidad de nuevas compaas nanotecnolgicas se establecen cada ao [14].

La India tambin est tomando muy seriamente la nanotecnologa, con ms de 30 instituciones participando en la investigacin. Los pases del sudeste de Asia estn especialmente activos, con Filipinas, Malasia, Tailandia y Vietnam comprometidos en la investigacin nanotecnolgica.

Mientras tanto, en el continente africano, Sudfrica tiene al sector pblico y privado trabajando en I+D de nanotecnologa. Brasil, que est a la vanguardia de la investigacin nanotecnolgica en Amrica Latina, se ha asociado con Sudfrica e India para promover la colaboracin Sur-Sur a travs de la Iniciativa IBSA de Nanotecnologa.

Muchos otros pases en desarrollo estn esperando ponerse al da. Una encuesta realizada en 2005 sobre la actividad global de investigacin en nanotecnologa clasific a los pases que tienen actividades nacionales o financiamiento (lo que claramente sugiere una estrategia nacional o de financiacin del gobierno), los que tienen al menos un individuo o grupo de investigacin comprometido en investigacin nanotecnolgica, y aquellos cuyos gobiernos han expresado un inters en la bsqueda de la nanotecnologa (Ver el Recuadro adaptado de [14]).

La nanotecnologa es una ciencia cara pero los costos de crear un instituto parecen variar ampliamente entre los pases. Por ejemplo, Mxico y Vietnam aseguran que cuesta alrededor de US$5 millones establecer un instituto de nanotecnologa, pero Costa Rica lo ha logrado por menos de US$500.000 [14].

Menos desarrollado

En desarrollo

En transicin

Actividad nacional o financiamiento

Argentina; Armenia; Brasil; Chile; China; Costa Rica; Egipto; Filipinas; Georgia; India; Irn; Mxico; Malasia; Serbia y Montenegro; Sudfrica, Tailandia, Turqua; Uruguay; Vietnam

Bielorrusia; Bulgaria; Chipre; Corea del Sur; Eslovenia; Estonia; Federacin Rusa; Hong Kong; Hungra; Israel; Letonia; Lituania; Polonia, Repblica Checa; Repblica Eslovaca; Rumania; Singapur; Ucrania

Individuo o grupo de investigacin

Bangladesh

Botswana; Colombia; Croacia; Cuba; Indonesia; Jordania; Kazajistn; Moldavia; Pakistn; Uzbekistn; Venezuela

Emiratos rabes Unidos; Macao, (China); Malta

Pases interesados

Afganistn; Senegal; Tanzania

Albania; Bosnia Herzegovina; Ecuador; Ghana; Kenia; Lbano; Macedonia; Sri Lanka; Swazilandia; Zimbabwe

Brunei Darussalam

Cuadro 1: Cuadro de la Liga de Nanotecnologa

Aceptacin pblica

Lo que es tcnicamente posible y lo que es ticamente apropiado es tema de encendido debate. En los pases en desarrollo la nanomedicina evoca similares problemas ticos que los generados por los alimentos genticamente modificados. Cuando la gente est necesitando desesperadamente alimentos o medicinas importa la ruta por la que lleguen? Y las poblaciones analfabetas o con escasa educacin pueden involucrarse de manera adecuada en los debates sobre los efectos de esas nuevas tecnologas en la sociedad? [1]. La naturaleza invisible de la nanotecnologa hace que sea ms fcil 'esconder' los nanoproductos, invadir la privacidad y llevar adelante procedimientos que requieren consentimiento, sin que los pacientes se enteren. Esto puede ser particularmente pertinente en relacin con los ensayos clnicos de las nanodrogas que se llevan a cabo en los pases en desarrollo.

Los gobiernos de los pases en desarrollo tendrn que andarse con cuidado. La capacidad de garantizar ensayos clnicos ticos por lo general es muy escasa en el mundo en desarrollo y la introduccin de productos de salud basados en la nanotecnologa puede requerir una experiencia de la que se carece [2]. Como ocurre con otras tecnologas de la salud, no hay nada intrnsecamente bueno o malo acerca de la nanotecnologa. Eso depender de cmo se use.

En el campo de la salud, los avances en la nanotecnologa se combinan con otras tecnologas, incluyendo la informacin tecnolgica y la biotecnologa, incrementando su potencial para 'desplazar' medidas y sistemas de salud donde la regulacin se ha venido trabajando a lo largo de los aos. Un ejemplo es el desarrollo de una herramienta molecular controlada por computadora que podra no requerir la intervencin directa de un profesional mdico. O los nanosensores, que miden y almacenan la informacin mdica sobre un individuo que podran hacer surgir temas sobre el almacenamiento, acceso y uso de dicha informacin.

Incluso en el mundo desarrollado el estudio de los temas legales, ticos, ambientales y de equidad estn quedndose atrs respecto de los avances cientficos en nanotecnologa para la salud. La nanotecnologa puede que no est tan avanzada en el mundo en desarrollo como en el Reino Unido o los Estados Unidos, pero es tan solo un asunto de tiempo antes de que China o la India se pongan al da. Los pases en desarrollo no deberan esperar a que la tecnologa llegue a sus puertas para averiguar sus implicancias ticas y sociales.

Este artculo forma parte de un especial sobre Nanotecnologa para la salud.

Referencias

[1] Court E. et al. Will Prince Charles et al diminish the opportunities of developing countries in nanotechnology? (2004) Accessed 23 October 2010.

[2]The Royal Society and Royal Academy of Engineering Nanoscience and Nanotechnologies: Opportunities and Uncertainties (2004)

[3] Salamanca-Buentello, F. et al. Nanotechnology and the Developing World. PLoS Medicine doi:10.1371/journal.pmed.0020097 (2005)

[4] Maclurcan, D.C. Nanotechnology and Developing Countries Part 1: What Possibilities? Online Journal of Nanotechnology doi:10.2240/azojono0103 (2005)

[5] Mathuria, J.P. Nanoparticles in tuberculosis diagnosis, treatment and prevention: a hope for the future. Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures 4, 309-312 (2009)

[6] Tokumasu, F. et al. Band 3 modifications in Plasmodium falciparum-infected AA and CC erythrocytes assayed by autocorrelation analysis using quantum dots. Journal of Cell Science doi:10.1242/jcs.01662(2005)

[7] Mamo, T. et alEmerging Nanotechnology Approaches for HIV/AIDS Treatment and Prevention.  Nanomedicine 5, 269-285 (2010)

[8]Partha, R. et al. Self assembly of amphiphilic C60 fullerene derivatives into nanoscale supramolecular structures. Journal of Nanobiotechnology doi:10.1186/1477-3155-5-6 (2007)

[9] Milane, L.J. et al. Development of EGFR-Targeted Polymer Blend Nanocarriers for Paclitaxel/Lonidamine Delivery to Treat Multi-Drug Resistance in Human Breast and Ovarian Tumor Cells. Molecular Pharmacology doi: 10.1021/mp1002653 (2010) [Epub ahead of print]

[10] Lee, H., et al. Rapid detection and profiling of cancer cells in fine-needle aspirates. Proceedings of the National Academy of Sciences doi:106(30):12459-64 (2009)

[11] Kam, N.W., et al. Carbon nanotubes as multifunctional biological transporters and near-infrared agents for selective cancer cell destruction. Proceedings of the National Academy of Sciences doi: 102(33):11600-5 (2009)

[12] Prow, T.W. et al. Nanopatch-Targeted Skin Vaccination against West Nile Virus and Chikungunya Virus in Mice. Small 6, 1776-84 (2010)

[13] Huang, M.H. Emulsified nanoparticles containing inactivated influenza virus and CpG oligodeoxynucleotides critically influences the host immune responses in mice. PLoS One doi:10.1371/journal.pone.0012279 (2010)

[14] Maclurcan, D.C. Nanotechnology and Developing Countries Part 1: What Realities? Online Journal of Nanotechnology doi:10.2240/azojono0104 (2005)

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