PROGRAMA DE DIVULGACIÓN CIENTÍFICA DE LA UNIVERSIDAD DE GUANAJUATO
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Nano-Kamikazes
García-Moreno
A1,
Gamboa-Rivera R1,
Cabrera-Oñate GI1,
Rivera-Chávez
MJ2,
Urzúa-González AR2.
1.
Estudiantes de la licenciatura en Médico Cirujano, 6to semestre,
Departamento de Medicina y Nutrición, División de Ciencias de la
Salud, Universidad de Guanajuato, México.
2.
Coordinadores del Módulo de Medicina Interna de Fase 2, de la
licenciatura en Médico Cirujano, Departamento de Medicina y
Nutrición, División de Ciencias de la Salud, Universidad de
Guanajuato, México.
Resumen.
En
la búsqueda de nuevos métodos para tratar enfermedades, se encontró
uno muy bueno y poco invasivo, los “nano-robots”. Estos son
robots muy pequeños administrados vía intravenosa y cumplen
diversas funciones. Estos robots son hechos de materiales
biodegradables y obtienen su combustible gracias al entorno en el que
se encuentran, actualmente, éste es el modelo más prometedor. Las
funciones primordiales que realizan estos robots son: el llevar
medicamentos a un lugar específico dentro del cuerpo humano,
tratamiento de cáncer y el tratamiento de enfermedades
neurodegenerativas.
Palabras
clave:
Nanorobots, tratamientos, neurodegenerativas, cáncer.
Abstract.
In
the search of new methods for treating diseases, a very good, less
invasive method has been found, the “nano-robots”. They are very
small robots that are administered intravenously, and they achieve
different functions. This robots are made of biodegradable materials,
and they get their fuel from the environment in which they´re
present, currently, this is the most promising model. The primordial
functions that this robots realize are: Taking the medications to an
objective inside the human body, cancer treatment and the treatment
of neurodegenerative diseases.
Keywords: Nanorobots, treatments, neurodegenerative, cancer.
Resumo.
Na
busca por novos métodos para tratar doenças, encontrou um muito bom
e pouco invasivo, os "nano-robôs". Estes são pequenos
robôs administrados por via intravenosa e realizam várias funções.
Esses robôs são feitos de materiais biodegradáveis e obtêm
seu combustível graças ao ambiente em que estão localizados, sendo
atualmente o modelo mais promissor. As principais funções
desempenhadas por esses robôs são: levar medicamentos a um local
específico do corpo humano, tratar o câncer e tratar doenças
neurodegenerativas.
Palavras-chave: Nanorrobôs, tratamentos neurodegenerativos, câncer.
Introducción
En
los últimos años se ha investigado mucho sobre métodos poco
invasivos para tratar enfermedades, y uno de los más interesantes ha
sido el desarrollo de nano-robots que navegan por la sangre.
La
combinación de diversas tecnologías ha ayudado a que se desarrollen
estos robots basados en nanotecnología, los cuales tienen diversas
aplicaciones médicas, entre las que se pueden destacar: el
tratamiento de cáncer, el tratamiento de enfermedades
neurodegenerativas como Alzheimer, tratamiento farmacéutico auto
dirigido, monitorización en pacientes diabéticos, reparación de
tejidos, ultrasonofragmentación de litos renales (Fig 1),
angioplastia coronaria (Fig 2), entre otros1,
2.
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Figura
1.
Ultrasonofragmentación de litos renales por nano-robots
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Figura
2.
Angioplastia coronaria por nano-robots
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Al
utilizar esta tecnología nos encontramos con diversas ventajas que
superan con mucho a las terapias que se le parecen; ocasionan mínima
lesión tisular, reducen el tiempo de recuperación, permiten una
monitorización continua desde el interior del organismo, y pueden
llevar un tratamiento dirigido a la lesión3.
La
toxicidad secundaria en tratamientos para el cáncer (ej.
Quimioterapia) y la inefectividad de ciertos medicamentos para llegar
a sitios específicos en el organismo (Sistema Nervioso Central) ha
provocado el acelerado desarrollo de esta nano-tecnología. Numerosas
son las investigaciones que se han llevado en este campo durante los
últimos 10 años, demostrando que el ingenio científico no tiene
límites cuando se trata de buscar el tratamiento “perfecto”.
Desarrollo
Un
nano-robot es un robot extremadamente pequeño diseñado para
realizar una tarea específica, con precisión, y a nano escala. Para
que estos robots adquieran el prefijo “nano” se tiene que cumplir
con un tamaño establecido, el cual es de 1-100 nanómetros. Para que
se pueda dimensionar un poco este tamaño, estamos hablando de la
millonésima parte de un grano de arena, o una cincuentava parte de
una bacteria4.
Los
materiales de los que deben de estar hechos los nano-robots deben de
ser biocompatibles para evitar que sean reconocidos como algo extraño
al cuerpo. El combustible para la propulsión debe estar disponible
en el fluido en el cual están inmersos, y se debe evitar en lo
posible el que este sea ingresado como un agente externo. Los robots
necesitan tener un control muy preciso en cuanto a la dirección.
Esta direccionalidad se les puede dar mediante estímulos externos o
mediante sensores dentro del robot que ayuden a identificar los
distintos gradientes del sitio en donde se encuentra, como el pH, la
temperatura o la composición química del fluido5.
La
mayoría de los nanorobots están compuestos por las siguientes
partes: Fuente de poder, tanque de combustible, sensores, motores,
manipuladores, bombas, tanques de presión, y algún componente
estructural (Fig 3). Los materiales por los cuales están compuestos
estos robots son variables, y van desde liposomas o micelas, hasta
materiales más complejos, como la sílice mesoporosa (estas son nano
partículas constituidas por una matriz de sílice (SiO2) con canales
o cavidades en su interior de un tamaño comprendido entre 2-50 nm,
lo que les confiere una gran superficie específica)4,
6,7.
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Figura
3.
Partes de un nano-robot
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Los
motores de los nano-robots funcionan de distintas maneras. La primera
de ellas es mediante el ensamblaje de un componente orgánico, que es
formado por proteínas o polímeros, y este se utiliza para fabricar
motores esféricos, los cuales son propulsados por burbujas, que
pueden ser biodegradables (Fig 4)8.
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Figura
4.
Nano-robot impulsado por burbujas
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Otro
método es el uso de materiales que ponen en marcha el motor mediante
reacciones químicas, como las que se hacen por agua o aluminio y
magnesio, las cuales producen burbujas que le dan propulsión al
robot9.
Uno
de los mejores métodos hasta ahora es la propulsión de los motores
dada por reacciones en los que se convierte energía química en
energía cinética, obteniendo combustible del entorno9,10.
Se han realizado nano-motores conducidos por combustibles que
utilizan reacciones biocatalíticas activadas por enzimas, que
consumen glucosa y urea6,7,11.
Utilizando la urea como combustible se llegó a tener una propulsión
de largo rango, la cual sirve como método de transporte.
Un
mecanismo alterno es el fototermico, el cual utiliza luces
infrarrojas para así producir calor en los motores “Janus”.
Estos motores están cubiertos de oro que produce termoforesis
autónoma, la cual es el movimiento de las moléculas de acuerdo a la
diferencia de temperaturas12.
Las
aplicaciones de estos robots en la medicina es muy variada, y algunas
son:
Detección
y tratamiento de cáncer
Este
tipo de nano-robots están hechos de una mezcla de polímeros y una
proteína conocida como transferrina, la cual es captable por las
células tumorales. Los nano-robots médicos con sensores químicos,
pueden ser programados para detectar diferentes niveles de
E-cadherina y B-catenina (proteínas de células tumorales), ayudando
en el objetivo de identificación temprana de una célula tumoral, al
igual que tratamiento auto dirigido.
Los
nano-robots tienen un conjunto de biosensores químicos que pueden
ser utilizados en la detección de tumores. Estos mismos podrían
atacar los tumores directamente, utilizando láseres, microondas, o
señales ultrasónicas, además de como tratamiento
quimioterapéutico4.
Otro
método de ataque directo a los tumores cancerígenos es mediante la
terapia fotodinámica, en la cual se guía la partícula que atacará
los tumores mediante una iluminación extracorpórea.
Tratamiento
dirigido
Lo
que se busca en los nano-robots que llevan el tratamiento dirigido,
es que tengan capacidades únicas, las cuales son: una fuerza
propulsora, navegación controlada, transporte y distribución de los
medicamentos, y penetración tisular13.
Los
nano-robots tienen la capacidad de transportar y distribuir
tratamientos directamente en los sitios deseados, mejorando la
eficacia de los tratamientos y reduciendo los efectos adversos de los
medicamentos13.
Los
diferentes modelos que se han utilizado para esta tarea son: un
nano-robot hueco que contenía el agente quimioterapéutico en su
centro y lo liberaba en la cercanía del tumor14.
Otro nano-robot fue propulsado por enzimas, llevando el tratamiento
al lugar deseado15.
También se utilizaron robots guiados por ultrasonido, y que se les
daba un estimulo de luz cuando se requería que dejaran el
medicamento16.
Los
motores sintéticos que obtienen su combustible de líquidos
biológicos como ácido gástrico y agua son de gran interés para su
aplicación en los nano-robots, ya que además de su propulsión
eficiente, estos motores tienen la habilidad de llevar diferentes
tratamientos, soltar estos en respuesta a algo programado, y
eventualmente ser degradados a productos que no sean tóxicos13.
Los
motores guiados por estímulos externos, como campos magnéticos o
por ultrasonido, también suenan prometedores para el transporte de
medicamentos a un objetivo (Fig 5)13.
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Figura
5.
Nano-robot guiado por estímulo magnético
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Tratamiento
en enfermedades neurodegenerativas
La
enfermedad de Alzheimer se caracteriza por presentar dos tipos de
lesión: las placas seniles y los ovillos (acumulación de proteínas
intracelulares). Sin embargo, estas dos características por si
solas, no son lo suficientemente capaces de generar la pérdida de
neuronas durante la enfermedad. Ésta es provocada por la disminución
de un neurotransmisor llamado acetilcolina. Los 2 principales
causantes del Alzheimer son los radicales libres y los péptidos Aβ
(beta amiloides)17.
La
barrera hematoencefálica realiza su función y limita
considerablemente el paso de medicamento al SNC (sistema nervioso
central), provocando que los pacientes deban de tomar altas dosis de
fármacos. Varios son los mecanismos por los cuales la nanotecnología
ha logrado un mejor manejo terapéutico de estos pacientes.
Para
la inhibir la formación de péptidos Aβ,
se ha logrado desarrollar nanoparticulas combinadas con anticuerpos
contra éstos péptido Aβ y recubiertos de una sustancia, la cuál
le confiere mayor permeabilidad por la barrera hematoencefálica
(Fig. 6). Con el mismo objetivo, se ha investigado la conjugación de
nanoparticulas con oro que permiten un paso considerable al SNC y
poder disolver los agregados de péptidos Aβ18.
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Figura
6. Trayecto de nano-robot hacia SNC
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La
enfermedad de Parkinson se caracteriza por una degeneración del
50-70% de las neuronas que producen un neurotransmisor llamado
dopamina en la sustancia negra encontrada en el SNC19.
El daño neuronal es originado por células de nuestro SNC llamadas
glia, que causan una respuesta inflamatoria, provocando deterioro
cognitivo y motor.
Debido
a que la dopamina no puede atravesar la barrera hematoencefálica,
actualmente, el tratamiento está basado en precursores metabólicos
de la dopamina, como la conocida levodopa20.
Se
ha realizado experimentación en modelos animales con nanoparticulas
combinadas con dopamina, favoreciendo así su paso por la barrera
hematoencefálica y aumentar los niveles de dopamina en la sustancia
negra21.
La
introducción de proteínas, como la tirosina hidroxilasa, combinada
en nanoparticulas, ha permitido a nivel de SNC un aumento considerado
de niveles de dopamina, contrarrestando así la pérdida neuronal
causada por las ROS (por sus siglas en inglés, especies reactivas de
oxígeno) de la microglía22.
Conclusión
La
nanotecnología médica está avanzando de una manera exponencial
actualmente. La gran mayoría de los estudios realizados en los
centros de investigación más importantes del mundo están buscando
intencionadamente tratamientos médicos menos invasivos y más
eficaces. Que mejor forma de lograr lo anterior, que atacar
directamente el tejido afectado por medio de nanoparticulas, las
cuales, gracias a que es un tratamiento dirigido, evitan la toxicidad
a otros tejidos, lo que le da una gran ventaja frente a fármacos
como quimioterapéuticos.
Una
de los grandes planes a futuro es hacer que micoorganismos patógenos
del organismo actúen a favor nuestro, en contra de otras
enfermedades más graves. La farmacéutica Vion, en colaboración con
la Universidad de Yale, iniciaron un programa de ingenia bacteriana
llamada “Terapia de amplificación de proteínas de expresión
tumoral” el cual consiste en atenuar la bacteria Salmonella
typhimurium,
removiendo los genes que producen purinas vitales para el crecimiento
de la bacteria; esta, podrá reproducirse rápidamente dentro de
células tumorales ricas en purinas, pero no podrá sobrevivir en
tejido sano. Tras el éxito en generar un tropismo de la S.
typhimurium
hacía el tumor, el paso a futuro sería hallar la forma de agregar
genes a la bacteria para producir proteínas anticancerígenas que
puedan reducir el tamaño del tumor, o modificar la bacteria para
dirigir enzimas, genes o drogas para regular el crecimiento celular
del tumor2.
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