Doctor Gerardo Rivera Silva
Encargado del Laboratorio de Ingeniería Tisular y Medicina Regenerativa Universidad de Monterrey
Doctor Héctor Martínez Menchaca
Departamento de Ciencias Básicas Universidad de Monterrey,
Doctora María Guadalupe Treviño Alanís
Departamento de Ciencias Básicas Universidad de Monterrey,
gerardo.rivera@udem.edu.mx
RESUMEN
La nanotoxicidad es un riesgo que está presente desde el advenimiento de la nanotecnología y sus aplicaciones, lo que representa una muy buena oportunidad en México para explorar la nanotoxicología, debido a que, en nuestro país, tanto la nanomedicina como otras especializaciones de la nanotecnología se encuentran en sus etapas iniciales, lo que permitiría detectar y contrarrestar los probables efectos tóxicos de las nanopartículas, con la finalidad de darles un uso adecuado a estos nuevos mecanismos.
INTRODUCCIÓN
La medicina contemporánea presenta importantes desafíos, entre los cuales destaca la necesidad de investigación intensa para ofrecer soluciones terapéuticas a numerosos padecimientos crónicos que aquejan a la población, como son enfermedades cardiovasculares, cáncer, diabetes, enfermedades neurodegenerativas (Alzheimer, Huntington, Parkinson, etcétera), entre otras. Todas ellas son consecuencia del crecimiento progresivo de la población mundial por los fenómenos demográficos actuales.
Esto conduce al incremento de padecimientos, y ello conlleva a la obligada prescripción de tratamientos muy costosos e imposibles de realizarse, al menos para una población mayoritaria en los países de economía emergente, por lo que se proyecta que, hacia el año 2025, una alta demanda de atención médica se convierta en un serio problema de salud pública.
Las respuestas a estos retos de salud estarán vigorosamente unidas a la conjunción, aplicación, organización y desarrollo de nuevos cimientos entre la tecnología a escala nanométrica y las ciencias de la vida. Estos preceptos serán la base del futuro desarrollo de nuevos tratamientos, con sus potenciales efectos secundarios o tóxicos.
NANOTECNOLOGÍA Y NANOMEDICINA
El prefijo nano proviene del griego, y significa enano. Usualmente se emplea la palabra nanociencia para referirse al estudio de los fenómenos y el manejo de la materia a escala nanométrica (un nanómetro es la millonésima parte de un milímetro; un nano=0.000000001), mientras que la nanotecnología se encarga del estudio, creación, diseño, síntesis, identificación, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas a través del control de la materia en dimensiones cercanas al intervalo de 1-100 nanómetros, así como de la exploración de fenómenos y propiedades de la materia a dicha escala.
La nanotecnología integra a la electrónica y el magnetismo para la fabricación de estructuras de carbón, silicio, materiales inorgánicos, metales y materiales semiconductores. Asimismo, interviene también en el diseño de los sistemas biológicos, implicando al material genético, entre otros componentes celulares. La nanotecnología molecular genera materiales funcionales y estructuras entre el rango de 0.1-100 nanómetros (Figura 1).1
Figura 1. Imagen tridimensional de la composición química de una nanopartícula.
En este sentido, la nanomedicina es la aplicación médica de la nanotecnología, que permitirá el uso de nuevos instrumentos, nuevas vías y sistemas o métodos avanzados de liberación de moléculas y/o medicamentos, para la reparación de tejidos dañados (Figura 2).1,2
Figura 2. Imagen en tercera dimensión de una superficie de teflón (blanco) tratada con el biomaterial CWQPPRARI, sobre la cual están suspendidas y adheridas células endoteliales (verde), destacando una célula madre (café).
Con todos estos avances, hoy en día los profesionales de las ciencias de la vida tienen un gran interés por seguir investigando más acerca de las moléculas o materiales biológicos llamados biomateriales, que son elementos compatibles con el cuerpo humano y que se usan para construir órganos artificiales, sistemas de rehabilitación, prótesis o para reemplazar tejidos orgánicos lesionados (Figura 3).2,3
Figura 3. Representación tridimensional de un efecto no deseado en la reparación de un glóbulo rojo.
APLICACIONES NANOTECNOLÓGICAS Y NANOTOXICIDAD
Durante los últimos años, la ciencia mundial ha registrado progresos significativos, que han permitido mejorar la calidad de vida de millones de personas. Sin embargo, todo avance conlleva un riesgo, por lo que se debe tener cautela con el advenimiento de la nanotecnología y sus aplicaciones.3-6
La aplicación de la nanotecnología en la vida diaria se da mediante el uso de nanopartículas que podrían ocasionar efectos no deseables o tóxicos en el cuerpo humano, lo que podría devenir en nanotoxicidad, como se pudo determinar en una investigación realizada por científicos de la Universidad de Beijing, que reportaron la toxicidad presentada por siete mujeres chinas que estuvieron en contacto con el adhesivo poliacrilato en su medio laboral. El material fue dosificado en partículas de alrededor de una milmillonésima parte de un metro de diámetro, durante 13 meses. Todas las pacientes presentaron dificultad para respirar e hipoxemia (disminución de la concentración de oxígeno en la sangre).7
Por lo anterior, surge la inquietud acerca de si las nanopartículas que se utilizan en laboratorios con potencial uso en medicina pudieran ser tóxicas, motivo por el cual investigadores norteamericanos realizaron el estudio de numerosas nanopartículas empleadas habitualmente en los laboratorios de todo el mundo. Después de observar su actividad atómica, morfología, estabilidad térmica y su reacción ante la luz, éstos determinaron que, a partir de 30 nanómetros, presentan cambios en su estructura, que terminan diferenciándolas ampliamente de las moléculas homólogas más grandes.
Asimismo, se comprobaron modificaciones en menores de 30 nanómetros, por lo que existe la posibilidad real de que se desencadenen reacciones y efectos no deseados cuando estas nanopartículas se pongan en relación con otros compuestos químicos, por ejemplo, medicamentos que podrían presentar una respuesta anómala en el interior de las células. Todo esto indica que existen dudas acerca de si el tamaño de las nanopartículas puede influir en el mantenimiento del ADN nuclear y mitocondrial, en la activación o bloqueo de proteínas, en las señalizaciones celulares, etcétera, razón por la cual deberán realizarse más estudios comparativos con nanopartículas para tener conclusiones sólidas.8,9
CONCLUSIÓN
En México, la incursión en la nanotecnología y la nanotoxicidad no se ha dado de manera completa, y es necesaria una profunda inmersión en este conocimiento de parte de todos los interesados en el tema: científicos, académicos y público en general. La medicina del futuro será totalmente diferente cuando la fármacogenética, la bioingeniería de tejidos, la terapia celular y génica, la imagenología, la toxicología y la bioinformática confluyan con el propósito de diseñar nuevas técnicas diagnósticas y terapéuticas, evitando la toxicidad. Las directrices científico-tecnológicas hacia el año 2020 se encaminan a la transformación de la medicina, mediante el uso de nanosistemas seguros para el tratamiento de diferentes padecimientos.
Referencias
1. Freitas RA. Nanomedicine. Vol. I: Basic Capabilities, Landes Bioscience, Georgetown, TX, (1999).
2. Gagné L et al. “Micropatterning with Aerosols: Application for Biomaterials”. Biomaterials, 27, (2006): 5430-5439.
3. Rocco MC. “International Perspective on Government Nanotechnology Funding in 2005”. Journal of Nanoparticle Research, 7, (2005): 6.
4. Shuming N et al. “Nanotechnology Applications in Cancer”. Annual Review of Biomedical Engineering, 9, (2007): 257.
5. LaVan DA et al. ”Small-scale Systems for in Vivo Drug Delivery”. Nature Biotechnology, 21, (2003): 1184-1191.
6. Shi X. “Dendrimer-entrapped Gold Nanoparticles as a Platform for Cancer Cell Targeting and Imaging”. Small, 3, (2007): 1245-1252.
7. Meng H. Ultrahigh reactivity provokes nanotoxicity: Explanation of oral toxicity of nano-copper particles. Toxicology Letters, 175, (2007): 102-110.
8. Linkov I et al. Nanotoxicology and nanomedicine: making hard decisions. Biology and Medicine, 4, (2008): 167-171.
9. Kagan VE et al. Nanomedicine and nanotoxicology: two sides of the same coin. Nanotechnology, Biology and Medicine, 1 (2005): 313-316
Artículo excelente.
Artículo muy interesante, creo que es el futuro de la ciencia.