Nanomedicina

Archiu:Cylindrical squalenoyl-doxorubicin nanoparticle.png

Nanomedicina

Archiu:MolecularImagingTherapy.jpg

Ilustració de cóm les nanopartículas "es dirigixen" a les cèlules canceroses per al seu posterior us com a visualisació, teràpia i curació del càncer.

La nanomedicina és l'aplicació de la nanotecnología en biomedicina, en el fi últim de millorar la calitat de vida dels sers humans, combatent les malalties d'una forma innovadora. Un nanómetro (nm) és una millonèsima d'un milímetro (10^-9 m). L'aspecte més innovador de la nanomedicina és l'ocupació de nanomateriales per al diagnòstic i tractament d'una patologia. La característica principal d'un nanomaterial radica que les seues propietats fisicoquímica depenen del tamany de dit material. Per mig de la modificació del tamany de dits nanomateriales és possible obtindre una senyal que nos indique la presència o no d'una malaltia, entre moltes atres aplicacions.

El terme nanomedicina es va originar en les idees d'Eric Drexler sobre la creació de "màquines" complexes a partir dels seus components atòmics. Dit terme ha segut definit de distintes maneres en la lliteratura, alguns d'estos conceptes són lo suficientment amplis com per a incloure totes les àrea de la nanotecnología mèdica, no obstant la majoria s'enfoquen al control i manipulació de processos a nivell celular en la nanoescala, aplicat al diagnòstic i tractament.

L'investigació en nanomedicina comprén des del descobriment de nous nanomateriales en propietats rellevants a l'aplicació clínica en distintes patologies. En este sentit el treball en nanomedicina comprén àrees clàssiques com la química, la física, la biologia i l'ingenieria. Les patologies en les que la nanomedicina està tenint impacte són numeroses: des de càncer a malalties cardiovasculars, malalties rares i malalties infeccioses. En este últim cas es reflectix clarament en l'espectacular èxit de les vacunes basades en ARN mensager, les quals no podrien existir sense l'us de nanomateriales lipídicos que protegixen la molècula fins que aplegue a la cèlula. Este èxit tampoc deu ocultar lo que constituïx el major coll de botella de la nanomedicina: la dificultat de que nous desenrolls en el laboratori alcancen al pacient.

Per àrees d'aplicació les nanomedicinas poden amprar-se en tres camps principalment: diagnòstic in vitro, diagnòstic in viu i regeneració de teixits.

Nanomateriales usats en medicina

La nanotecnología ampra materials a escala nanométrica, normalment sintetisats per via química, que, pel seu tamany, interactuen en els sistemes biològics a nivell molecular i poden revolucionar el tractament de malalties per mig de l'estimulació, resposta, i interacció en llocs específics per a induir respostes fisiològiques mentres es minimisen els efectes secundaris. En l'actualitat existixen aproximadament cent productes nanotecnológicos aplicables en nanomedicina i disponibles en el mercat. Són utilisats en teràpies contra el càncer, la hepatitis i les malalties infeccioses; com anestésicos, per al tractament de problemes cardiovasculars, en trastorns inflamatorios i immunològics; en patologies endocrinas, en malalties degenerativas i en molts atres casos.

Liposoma i micela

Els liposoma són el tipo de nanopartículas en un us més ampli en aplicacions mèdiques. Estes partícules consistixen en dos principals components: un núcleu acuoso rodejat per una membrana fosfolípida. El núcleu acuoso proveïx un comportament intern en el que pot ser transportada alguna càrrega. La membrana fosfolípida proveïx un recobriment que aïlla els composts en l'compartimento interior dels agents que puguen degradar-los.

Este tipo de sistemes ya estan en us en proves en humans. Per eixemple, liposoma que contenen doxorrubicina han segut aprovats per la FDA per a tractament de càncer d'ovari i múltiples mielomes. S'ha comprovat també que els liposoma magnètics catiónicos polimèrics presenten gran estabilitat i circulació prolongada mija vida més que els liposoma tradicionals, permetent el transport de fàrmacs al cervell.

Les micela tenen similituts en els liposoma ya que proveïxen també un ambient tancat que permet el seqüestre de càrregues que d'una atra manera estarien expostes a distints ambients fisiològics que durien a la degradació. Les micela tenen una forma esfèrica en un núcleu hidrofòbic i una coberta hidrofílica, esta coberta permet que les micela passen a través de distintes membranes. La modificació superficial (recobriment) faciliten el transport i facilitat d'accés de les micela a llocs específics del cos com pot ser el cervell.

Nanotubos de carbono

Artícul principal → Nanotubo de carbono.

Els nanotubos són molècules generalment d'un sol element formant un cilindre buit; estes estructures tenen un ampli ranc de propietats elèctriques, elàstiques i tèrmiques. Els nanotubos de carbono són els més utilisats, descoberts en 1991 per Sumio Iijima, són estructures compostes per fulls de grafeno enrolladas en una forma cilíndrica. Poden tindre unes o vàries capes. Tenen un diàmetro d'un o varis nanómetros i poden ser tan llarcs com un milímetro.

Les seues característiques són alta resistència, elasticitat, baixa toxicitat i fotoluminiscencia, ademés d'un comportament que va des de la semiconductividad a la superconductividad.

Nanopartículas d'or

Vore també: Teràpia fototérmica, Nanopartículas magnètiques, i Nanotoxicología

Les nanopartículas d'or estan compostes de clusters d'àtoms d'or preparats a partir de la reducció de sals d'or. Pels canvi de la seua resonància de plasmon superficial, les nanopartículas d'or es poden utilisar per a ensajos colorimètrics. Per mig del control de l'agregació de nanopartículas d'or s'han pogut detectar matrius de biomoléculas.

Punts quàntics

Els punts quàntics són nanopartículas (nanocristalés) semiconductorés que quan s'exponen a la llum, emeten clarament colors diferents depenent del seu tamany. Tenen un ampli espectre d'excitació, espectres d'emissió estrets, picos d'emissió de fluorescència sintonizables, temps de vida llarcs, i poden ser conjugats a proteïnes, anticossos i atres biomoléculas, lo que els convertix en sondes ideals per a image mèdica. Els punts quàntics bioconjugados són molt bones sondes i nano-vectores fluorescents, per lo que són dissenyats com a dispositius (o part d'ells) d'image mèdica. El seu chicotet tamany possibilita la seua introducció en cèlules, i inclús el seguiment de molècules individuals. Si ben la seua elevada toxicitat els fa més indicats per a diagnòstic in vitro, per mig de l'us de kits o point-of-care, evitant la seua administració in viu.

Vesícules extracelulares

Les vesícules extracelulares són nanopartículas segregades naturalment per les cèlules que poden travessar fàcilment la barrera hematoencefálica carregades en molècules curativas.

Nanopartículas d'òxit de ferro

Les nanopartículas d'òxit de ferro amprades en nanomedicina poden estar formades per distints tipos d'òxits, sent els més comuns les magnetita i la maghemita. Les propietats magnètiques d'estes nanopartículas és lo que les convertix en un dels nanomateriales més destacats en nanomedicina. Les seues aplicacions van des del tractament de tumors per mig de hipertermia magnètica (la qual cosa està sent provat ya en ensajos clínics) a la seua ocupació com sondes d'image mèdica en distintes tècniques, com l'image per resonància magnètica o l'image de partícules magnètiques. Ademés, la possibilitat de ser modificades en isòtops radioactivos obri la possibilitat del seu us en tècniques multifuncionales, com el PET/MRI.

Transport de fàrmacs

Els nanomaterialés són duts com a estructures específiques o com una combinació d'estructures, dissenyades per a entregar terapèutics intactes, a llocs específics, en una mínima dosis i reduint els efectes secundaris. Estos materials utilisen estructures moleculars molt específiques que els permeten interactuar en neurones o proteïnes dins de les cèlules.

L'us de nanopartículas permet travessar membranes citoplásmicas i nuclears per a introduir material químic, biològic o genètic en cèlules determinades. Apuntar a un tipo de cèlula involucra agregar dispositius de reconeiximent de funcions a la partícula per a que li siga possible entrar a les cèlules seleccioandas.

Els sistemes nanoestructurados per al transport de fàrmacs tenen moltes ventages, entre elles:

1. Control de farmacinética: Les nanopartículas de poden sintonizar variant el seu tamany i propietats superficials a fi de tindre una llarcs o curts temps de residència en el cos i teixits.
2. Separació de la farmacocinética de l'activitat terapèutica: En nanopartículas, les molècules actives en medicament poden sagellar-se i obrir-se en el lloc específic de manera que la farmacocinética i la biodistribución pot ser controlada independentment del tipo de terapèutics utilisats.
3. Capacitat de càrrega: Una nanopartícula pot guardar un gran número de molècules de medicament o siRNA per a ser transportades a una cèlula.
4. Efectes d'afinitat múltiple: Una sola nanopartícula pot ser construïda per a contindre múltiples ligandos que permeten unions multivalentes a membranes celulars.
5. Combinació d'efectes terapèutics: Distintes intervencions de imagenología i tractament es poden portar a terme de manera simultànea i controlada en un sol tipo de nanopartícula.
6. Efecte cavall de Troya: Les nanopartículas poden carregar distints medicaments i dur-los a través de barreres biològiques.

Lliberació controlada

La nanomedicina és una possible solució per al desenroll de nous sistemes de lliberació controlada de fàrmacs. L'idea consistix en utilisar nanoestructuras que transporten el fàrmac fins a la zona danyada i, solament quan han reconegut esta zona, ho lliberen com a resposta a un cert estímul. Per a això és necessària la prèvia encapsulación o desactivació dels fàrmacs per a que no actuen durant el seu trànsit pel cos, de manera que mantinguen intactes les seues propietats físic-químiques i que es minimisen els possibles efectes secundaris en atres zones del cos. Una volta que el fàrmac ha aplegat al seu destí, deu lliberar-se a una velocitat apropiada per a que siga efectiu, la qual cosa es pot fer per mig d'una variació de certes condicions (pH o temperatura) en la zona danyada, o per mig del control precís de la velocitat de degradació del material encapsulante.

Càncer

Nanopartículas magnètiques o ferrofluidos poden ser utilisats per al transport de fàrmacs controlat magnéticamente. Este tecnologia està basada en unir determinats medicaments anticancerígenos en ferrofluidos que concentren dit medicament en un àrea d'interés (tumor) per mig de camps magnètics. Separacions de partícules magnètiques pot ser utilisada per a separar les cèlules cancerígenas de la mèdula òssea i atres teixits.

Per les característiques fisiològiques que presenten els tumors sòlits, la nanomedicina oferix la possibilitat d'atacar al càncer de forma més inteligent, açò gràcies a l'acumulació selectiva de nanopartículas terapèutiques en el tumor. Existixen dos possibilitats que permeten l'acumulació selectiva en tumors: l'acumulació passiva i l'acumulació activa.

L'acumulació passiva de nanopartículas en tumors es fonamenta en l'efecte de permeabilidad i retenció aumentada (efecte EPR, Enhanced permeability and retention effect). Este fenomen va ser descrit per Maeda i colaboradors.

L'efecte EPR es presenta per la angiogénesis incrementada, la major permeabilidad vascular i el drenage limfàtic deficient dels tumors. La permeabilidad vascular incrementada és induïda per varis factors tals com bradquinina, òxit nítric, el factor de creiximent endotelial vascular, prostaglandina, colagenasa i peroxinitrito (ONOO^-). La producció exacerbada d'estos factors aumenta la permeabilidad del teixit tumoral en comparació a teixits sans. Els tumors sòlits requerixen un major suministrament de nutrients i oxigen per a sostindre el seu ràpit creiximent per lo que desenrollen un major número de gots sanguíneus (angiogénesis aumentada). La formació d'estos gots sanguíneus tumorals ocorre de forma descontrolada i, per lo tant, presenten una arquitectura deficient de l'endoteli vascular, en grans espais entre les unions cèlula-cèlula, originant la hiperpermeabilidad.

L'efecte EPR oferix l'oportunitat de dirigir i acumular nanopartículas acarreadoras de fàrmacs de forma selectiva. El tamany i la càrrega electrostàtica superficial de les nanopartículas juguen un paper fonamental en l'acumulació passiva en el tumor. Nanopartículas hidrofílicas en tamanys menors a 200 nm tendixen a presentar un millor acumulació per efecte EPR , açò pel major temps de residència de les nanopartículas en el torrent sanguíneu.

Per una atra part, l'acumulació activa, és dir la internalización específica de nanopartículas terapèutiques en cèlules tumorals, es conseguix per mig de la seua funcionalización en “molècules guia”. Les molècules guia presenten una gran afinitat per les proteïnes de superfície (receptors, marcadors, etc) sobreexpresadas per les cèlules tumorals. Quan les nanopartículas funcionalizadas en mloléculas guia apleguen al lloc del tumor, s'unixen fermament a la membrana celular i poden aplegar a ser internalizadas per mig de processos de endocitosis. Una volta dins de la cèlula, les nanopartículas poden lliberar el fàrmac o eixercir la seua activitat terapèutica (i. i. fototermia o magnetotermia). En tindre un nivell d'expressió menor de marcadors, les cèlules sanes no presenten una interacció tan forta en les nanopartículas, en comparació a les cèlules canceroses.

Malalties neurodegenerativas

El transport de fàrmacs al cervell és un repte per al tractament de malalties neurodegenerativas. Una de les restriccions més significantes per a una teràpia efectiva és la presència de la barrera hematoencefálica que protegix al cervell d'agents de diagnòstic o terapèutics, a l'hora que ho protegix de substàncies tòxiques. Els sistemes nanoestructurados per al transport de fàrmacs oferixen una solució prometedora per a millorar l'absorció de medicaments específics al cervell. Varis nanoacarreadores incloent liposoma i nanopartículas poden ser utilisats com a mijos per a encapsular medicaments ya siga sols o en combinació en ligandos. Ademés la majoria dels materials utilisats en la fabricació de nanoacarreadores són tant biodegradables com biocompatibles, incrementant d'esta manera l'utilitat clínica.