Acercar la ciencia al desarrollo mediante noticias y análisis

  • Nanotecnología para la salud: hechos y cifras

Los países en desarrollo ¿pueden usar la nanotecnología para mejorar la salud? Priya Shetty analiza la promesa de las nanomedicinas.

La nanotecnología —la ciencia de lo extremadamente pequeño— tiene un enorme potencial para el cuidado de la salud, desde una distribución más eficaz de los medicamentos, el diagnóstico de enfermedades con mayor rapidez y sensibilidad, y la distribución de vacunas vía aerosoles y parches.

La nanotecnología es la ciencia de los materiales a nivel molecular o subatómico. Involucra la manipulación de partículas inferiores a 100 nanómetros (un nanómetro es una mil millonésima parte de un metro) e implica el desarrollo de materiales o dispositivos de ese tamaño, invisibles para el ojo humano y con frecuencia varios cientos de veces más finos que el grosor de un cabello humano. La física y la química de los materiales son diametralmente diferentes cuando se reducen a nanoescalas; tienen diferentes resistencias, conductividad y reactividad, y explotarlas podría revolucionar la medicina.

Por ejemplo, un gran desafío 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 nanotecnología, los científicos pueden garantizar que las medicinas sean liberadas en áreas específicas del cuerpo con una mayor precisión, por lo que los medicamentos podrían ser formulados de manera tal que los ingredientes activos penetren las membranas de las células, reduciendo las dosis requeridas (Ver Recuadro 1).

Los países ricos están invirtiendo fuertemente en nanotecnología para la salud. La primera generación de medicamentos contra el cáncer distribuidos vía nanopartículas, por ejemplo, ya ha sido aprobada por la Administración de Alimentos y Drogas (FDA por sus siglas en inglés) de los Estados Unidos.

Sin embargo, todavía es muy pronto para hablar de nanotecnología en el cuidado de la salud y aun es objeto de caluroso debate la posibilidad de que sea de utilidad para los países de escasos recursos. Sus críticos sostienen que cuando millones de personas de países como la India o quienes habitan en el sub Sahara africano están muriendo por falta de acceso a la asistencia sanitaria más elemental, invertir en tecnologías de punta es una absurda pérdida de dinero [1].

Los especialistas están preocupados porque la toxicidad de las nanopartículas 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 Ingeniería del Reino Unido, recomendó que las nanopartículas y los nanotubos —moléculas cilíndricas de carbono que son mejores conductoras que las moléculas normales de carbono— fueran tratados como residuos peligrosos [2].

Muchas economías emergentes como Brasil, China, India, Irán, Malasia, México, Singapur y Sudáfrica tienen planes ambiciosos de investigación y desarrollo (I+D) con la nanotecnología. Sus gobiernos necesitan balancear las necesidades de salud en el corto plazo con la inversión tecnológica en el largo plazo.

Sin embargo, mientras que los países pobres tienen la responsabilidad permanente de fortalecer los sistemas sanitarios y proporcionar un mayor acceso a la medicina, la nanotecnología podría, a largo plazo, salvar vidas al hacer más eficaces los diagnósticos y tratamientos.

Un grupo de científicos que ha delineado los usos de la nanotecnología 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 nanotecnología podría contribuir considerablemente a alcanzar los Objetivos de Desarrollo del Milenio en el campo de la salud. Específicamente, en las metas de reducción de la mortalidad infantil, disminución de la mortalidad materna y combate al VIH/SIDA, malaria y otras enfermedades [3].

Diagnóstico y detección

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

Puntos cuánticos fluorescentes mejorarían el diagnóstico de la malaria apuntando a la membrana interna de los glóbulos

WHO/TDR/Andy Crump

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

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

Los puntos de fluorescencia cuántica también se pueden usar para diagnosticar la malaria, haciéndolos que se dirijan a la proteína que forma una malla en la membrana interior de los hematíes. La forma de esta red de proteínas cambia cuando las células están infectadas con malaria, por lo que los científicos pueden detectar la infección mediante la forma producida por los puntos [6].

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

Liberación de medicamentos

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

Algunos fármacos ahora pueden ser liberados mediante 'nanovehículos'. Por ejemplo, los liposomas, que pueden liberar la carga útil del fármaco mediante la fusión con las membranas celulares, han sido usados para encapsular fármacos contra el VIH como la estavudina y la zidovudina en vehículos que tienen entre 120 a 200 nanómetros de tamaño [7]. Dado que ambos medicamentos tienen una vida media corta, la cubierta de liposoma podría mantenerlos activos durante periodos más largos.

Otros sistemas de liberación de nanofármacos incluyen el uso de jaulas de fullereno (moléculas huecas compuestas enteramente de carbono, en forma de balón de fútbol), conocidas como 'buckyballs' [8] y nanomoléculas ramificadas llamadas dendrímeros (Ver Recuadro 1).

Recuadro 1. Usos de la nanotecnología en la salud

Hay diversos desarrollos en la nanotecnología que pueden ayudar a mejorar la salud en los países en desarrollo.

Diagnóstico y detección de enfermedades

  • Sistemas de nanolitros (conocidos como 'el laboratorio en un chip'): dispositivos que automatizan un proceso biológico usando fluidos a escala de nanolitros.
  • Puntos cuánticos: semiconductores de tamaño nano que se pueden usar como biosensores para encontrar enfermedades. Como son fluorescentes es posible usarlos para marcar las células enfermas.
  • Nanopartículas magnéticas: usadas como nanosensores.
  • Matrices nanosensoras: rejillas de nanotubos de carbono.
  • Conjugación de Dendrímeros y Anticuerpos: nanomoléculas ramificadas con anticuerpos en sus terminales para diagnosticar VIH y cáncer.
  • Nanotubos de carbono y cables más planos y delgados llamados nanocintas o nanocables (a menudo hechos de oro) usados como nanosensores para el diagnóstico de enfermedades debido a que se adhieren a los biomarcadores que indican cáncer, como las mutaciones de ARN.
  • Nanopartículas como potenciadoras de imágenes médicas: la proyección de imágenes médicas se basa en la búsqueda de contrastes en la forma en que la luz se dispersa en los tejidos sanos comparada con los tejidos enfermos. Mientras haya más contraste, mejor será el diagnóstico. Las nanopartículas son capaces de brindar a las técnicas de imágenes médicas una resolución más nítida, haciendo más fácil la identificación de la enfermedad.

Sistemas de liberación de fármacos

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

  • Nanocápsulas: se trata de estuches en los que se encapsulan los fármacos, lo que garantiza que será liberado más lentamente y de manera constante en el cuerpo.
  • Liposomas: vesículas artificiales hechas de una capa doble lípida de modo que pueden fusionarse y penetrar fácilmente en las membranas. Están siendo usados para tratar enfermedades como cáncer, infecciones micóticas, hepatitis A e influenza.
  • Dendrímeros: nanomoléculas sintéticas en forma de árbol que transportan los fármacos en las puntas de las ramas.
  • Fullereno ('buckyball'): nanopartículas esféricas que pueden transportar más de un fármaco a la vez. Son útiles en el tratamiento de enfermedades como el cáncer y otras enfermedades donde la monoterapia puede conducir a fármaco-resistencia.
  • Nanobiomagnetos: pueden transportar fármacos, para el cáncer por ejemplo, dentro del cuerpo y son conducidos al lugar de destino mediante un imán externo. El propósito es concentrar el medicamento en el lugar del tumor el tiempo suficiente hasta que sea absorbido.
  • Arcillas de atapulgita con poros de tamaño nanométrico ideales para el filtrado de bacterias nocivas en el agua.
  • La nanotecnología también puede proporcionar alternativas a las vacunas inyectables si el virus inactivo se une con las nanopartículas para aumentar la respuesta inmune.

Vigilancia de la salud

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


En el mundo desarrollado, el cáncer encabeza la lista de enfermedades que están siendo objeto de tratamientos nanomédicos (Ver Recuadro 2, sobre cáncer). La prevalencia del cáncer está aumentando rápidamente 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, también se está explorando el uso de la nanotecnología para la lucha contra enfermedades infecciosas como el VIH y la TB.

Recuadro 2: la nanotecnología ¿puede ayudar a curar el cáncer?

Los avances de la nanotecnología han estado muy centrados en el cáncer, especialmente en el diagnóstico y liberación de medicamentos.

Los fármacos transportados por nanopartículas recubiertas de polímeros han sido usados para tratar los cánceres de mama y de ovarios resistentes a múltiples drogas con las quimioterapias paclitaxel, que inhiben la división celular, y con lonidamina, que suprime la energía del metabolismo en las células cancerosas. Las nanopartículas están diseñadas para seleccionar un receptor del factor de crecimiento epidérmico, que se sobreexpresa en las células tumorales [9].

La detección temprana del cáncer puede hacer una diferencia significativa en la tasa de supervivencia. El uso de nanopartículas magnéticas en un sensor de resonancia magnética en miniatura es tan sensible que los científicos pueden detectar hasta dos células de cáncer en un microlitro de una muestra biológica, incrementando radicalmente la detección temprana [10].

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


Recuadro 3: Tuberculosis y nanotecnología

La Organización Central de Instrumentos Científicos de la India ha diseñado un kit de diagnóstico de la TB basado en nanotecnología, sometido actualmente a ensayos clínicos. De esta manera se recortaría el costo y el tiempo requerido para las pruebas de esta enferemedad. Asimismo, requiere una menor cantidad de sangre para el análisis.

La nanotecnología también se está usando para tratar la TB de manera más eficaz. Los actuales tratamientos contra esta enfermedad requieren un complejo régimen de consumo de medicamentos durante varios meses. Muchos pacientes no toman los medicamentos adecuadamente o no terminan el régimen. Las formulaciones de fármacos basados en la nanotecnología se degradan más lentamente, permitiendo la liberación de más ingredientes activos con lo cual se requieren menos dosis.

Los medicamentos se encapsulan en polímeros biodegradables como liposomas y microesferas, que garantizan una liberación sostenible de la medicina. Las nanopartículas de poliactida co-glicólido, un polímero que a menudo es usado para la liberación de medicamentos debido a que se degrada bien y no causa reacción inmunológica, están siendo probadas exitosamente como transportadoras de fármacos por grupos de estudio de la TB de la Universidad de Harvard en los Estados Unidos, el Instituto de Posgrado de Educación e Investigación Médica de la India y el Consejo para la Investigación Científica e Industrial en Sudáfrica (Ver el artículo de fondo).

Las nanopartículas también podrían ser la base para la elaboración 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 áreas rurales que carecen de una cadena fiable de frío.


Vacunas

La nanotecnología puede anunciar una nueva era en la inmunización al suministrar alternativas a las vacunas inyectables para enfermedades que afectan a la población pobre. Las vacunas inyectables requieren ser administradas por profesionales de la salud, que son escasos en los países en desarrollo y particularmente en las áreas rurales. Las vacunas, además, requieren refrigeración adecuada a lo largo de la cadena de suministro. Los científicos están trabajando en una vacuna contra la TB en aerosol (Ver Recuadro 3). También investigan un parche para la piel basado en nanotecnología contra el virus del Nilo occidental y el virus de la chikungunya [12].

La nanotecnología puede ofrecer alternativas a las vacunas inyectables, que son administradas solo por los profesionales sanitarios

WHO/TDR/Andy Crump

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

Líderes en empaquetado

Hasta el momento, China encabeza la lista de los países en desarrollo líderes en investigaciones en nanotecnología, registrando la mayor cantidad de patentes en esta tecnología. Ha tenido un programa nacional de nanotecnología desde inicios de los años noventa y una gran cantidad de nuevas compañías nanotecnológicas se establecen cada año [14].

La India también está tomando muy seriamente la nanotecnología, con más de 30 instituciones participando en la investigación. Los países del sudeste de Asia están especialmente activos, con Filipinas, Malasia, Tailandia y Vietnam comprometidos en la investigación nanotecnológica.

Mientras tanto, en el continente africano, Sudáfrica tiene al sector público y privado trabajando en I+D de nanotecnología. Brasil, que está a la vanguardia de la investigación nanotecnológica en América Latina, se ha asociado con Sudáfrica e India para promover la colaboración Sur-Sur a través de la Iniciativa IBSA de Nanotecnología.

Muchos otros países en desarrollo están esperando ponerse al día. Una encuesta realizada en 2005 sobre la actividad global de investigación en nanotecnología clasificó a los países que tienen actividades nacionales o financiamiento (lo que claramente sugiere una estrategia nacional o de financiación del gobierno), los que tienen al menos un individuo o grupo de investigación comprometido en investigación nanotecnológica, y aquellos cuyos gobiernos han expresado un interés en la búsqueda de la nanotecnología (Ver el Recuadro adaptado de [14]).

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

 

Menos desarrollado

En desarrollo

En transición

Actividad nacional o financiamiento

 

Argentina; Armenia; Brasil; Chile; China; Costa Rica; Egipto; Filipinas; Georgia; India; Irán; México; Malasia; Serbia y Montenegro; Sudáfrica, Tailandia, Turquía; Uruguay; Vietnam

Bielorrusia; Bulgaria; Chipre; Corea del Sur; Eslovenia; Estonia; Federación Rusa; Hong Kong; Hungría; Israel; Letonia; Lituania; Polonia, República Checa; República Eslovaca; Rumania; Singapur; Ucrania

Individuo o grupo de investigación

Bangladesh

Botswana; Colombia; Croacia; Cuba; Indonesia; Jordania; Kazajistán; Moldavia; Pakistán; Uzbekistán; Venezuela

Emiratos Árabes Unidos; Macao, (China); Malta

Países interesados

Afganistán; Senegal; Tanzania

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

Brunei Darussalam

Cuadro 1: Cuadro de la Liga de Nanotecnología

Aceptación pública

Lo que es técnicamente posible y lo que es éticamente apropiado es tema de encendido debate. En los países en desarrollo la nanomedicina evoca similares problemas éticos que los generados por los alimentos genéticamente modificados. Cuando la gente está necesitando desesperadamente alimentos o medicinas ¿importa la ruta por la que lleguen? Y las poblaciones analfabetas o con escasa educación ¿pueden involucrarse de manera adecuada en los debates sobre los efectos de esas nuevas tecnologías en la sociedad? [1]. La naturaleza invisible de la nanotecnología hace que sea más fácil '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 relación con los ensayos clínicos de las nanodrogas que se llevan a cabo en los países en desarrollo.

Los gobiernos de los países en desarrollo tendrán que andarse con cuidado. La capacidad de garantizar ensayos clínicos éticos por lo general es muy escasa en el mundo en desarrollo y la introducción de productos de salud basados en la nanotecnología puede requerir una experiencia de la que se carece [2]. Como ocurre con otras tecnologías de la salud, no hay nada intrínsecamente bueno o malo acerca de la nanotecnología. Eso dependerá de cómo se use.

En el campo de la salud, los avances en la nanotecnología se combinan con otras tecnologías, incluyendo la información tecnológica y la biotecnología, incrementando su potencial para 'desplazar' medidas y sistemas de salud donde la regulación se ha venido trabajando a lo largo de los años. Un ejemplo es el desarrollo de una herramienta molecular controlada por computadora que podría no requerir la intervención directa de un profesional médico. O los nanosensores, que miden y almacenan la información médica sobre un individuo que podrían hacer surgir temas sobre el almacenamiento, acceso y uso de dicha información.

Incluso en el mundo desarrollado el estudio de los temas legales, éticos, ambientales y de equidad están quedándose atrás respecto de los avances científicos en nanotecnología para la salud. La nanotecnología puede que no esté 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 día. Los países en desarrollo no deberían esperar a que la tecnología llegue a sus puertas para averiguar sus implicancias éticas y sociales.

Este artículo forma parte de un especial sobre Nanotecnología 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)