Máquinas moleculares controladas por el pensamiento; nanorobots cirujanos; jeringas y bisturís moleculares, microtomógrafos y una gran variedad de chips que funcionan como las neuronas humanas y que son capaces de suministrar dosis exactas de medicamentos, monitorear el crecimiento de tumores o analizar muestras de sangre en minutos son solo algunas de las aplicaciones médicas de la nanotecnología.

Haciendo uso de potentes microscopios atómicos, la física cuántica estudia los espacios infinitamente pequeños y otros fenómenos cotidianos que muchas veces pasan desapercibidos porque ocurren a nivel nanométrico. La nanotecnología es un novedoso campo de la ciencia dedicado al estudio y desarrollo de materiales, sustancias y dispositivos de dimensiones nanométricas. Un nanómetro (nm) es equivalente a una mil millonésima de metro o 10-9 (0,000,000,001 nm).

La nanotecnología comenzó a ser estudiada en 1959 por el físico norteamericano Richard Feynman, pero se desarrolló en años recientes. Son innumerables sus aplicaciones, sobre todo en la salud humana, las comunicaciones, y la producción y almacenamiento de energía. Las computadoras, los imanes, la energía eléctrica, la fibra óptica, las lámparas de Diodos Emisores de Luz (LED) y los lectores laser tienen que ver con la cuántica, al igual que los colores de las alas de las mariposas, los cuales no se deben a la pigmentación sino a la organización de la materia a escala infinitesimal.

En los últimos años se ha creado una amplia variedad de máquinas y minúsculos dispositivos como el memristor (o memory resistor en inglés) que funciona de modo semejante al cerebro humano, y que ayudaría a crear una nueva generación de ordenadores que recordarían la información, incluso aun cuando le falte la electricidad.

En la actualidad, las máquinas que de pronto son desconectadas de la red de energía pierden información, pero el memristor es capaz de resistir el impacto de la corriente eléctrica, pero memorizando la que recibió por última vez, aseguraron expertos de la University College de Londres en un artículo publicado por la revista Journal of Applied Physics.

Los expertos investigan ahora la mejor forma de producir memristors. Trabajando con dispositivos de silicio que se oxidaron de forma accidental encontraron que el material oxidado se comportaba como un nemristor y consumía menos energía que las memorias sólidas modernas.

Nanomateriales y nanoinstrumentos médicos

En Estados Unidos fue creada una nueva superficie plástica para superar los problemas vinculados al cultivo de células madre adultas a gran escala. Se trata de unos nanopatrones cubiertos con fosas muy pequeñas, lo cual permite mayor efectividad en el crecimiento de las células madre y su conversión a unidades funcionales útiles para terapias, explicaron los inventores en un artículo publicado por la revista científica Nature Materials.

Ocurre que las superficies estándar no son aptas para cultivar grandes cantidades de células madre y retener sus características útiles; de ahí la necesidad de crear otros utensilios. La nueva tecnología podría ser el primer paso para el cultivo de células madre de gran escala, lo que permitiría crear una amplia gama de terapias para muchas enfermedades comunes como diabetes, artritis, Alzheimer y Parkinson, destacó Matthew Dalby, uno de los autores de la investigación.

En Perú, la doctora en Ciencias de la Universidad Nacional de Ingeniería (UNI) y especialista en ciencias de los materiales Mónica Gómez León creó un tejido con nanopartículas de cobre y zinc incorporadas a fibras de algodón y sintéticas, capaz de evitar infecciones intrahospitalarias. Las partículas de cobre y zinc actúan como bactericida o antiviral, lo que evitará el contagio con infecciones como tuberculosis y neumonía. Con la tela germicida podrán elaborarse batas, sábanas, mascarillas y hasta pañales desechables y tela para colchones, explicó la científica peruana, que fue reconocida con el Premio Nacional L’oréal Unesco Concytec “Por la Mujer en la Ciencia”.

De otra parte, en Estados Unidos se desarrolla una novedosa técnica de tomografía, con resolución 10 veces mayor a la actual, para observar los detalles de las estructuras celulares de las arterias. La llamada microtomografía de coherencia óptica o MicroOCT permitirá mejorar el entendimiento, diagnóstico y tratamiento de la enfermedad de las arterias coronarias (EAC), destacaron los autores en la revista Nature Medicine.

Cuando se sospecha que un individuo presenta EAC, las pruebas estándar de diagnóstico son los escáneres de tomografía computarizada para visualizar el flujo arterial y la actividad del corazón. La MicroOCT logra un alto nivel de representación, explicó Gary Tearney, uno de los autores. Además abre la posibilidad futura de observar las características microscópicas en pacientes humanos, lo cual tiene implicaciones para mejorar el diagnóstico.

La novedosa técnica permite penetrar el tejido con imágenes para visualizar lo que ocurre a nivel celular, al utilizar una fuente de luz de infrarrojo cercano para crear imágenes detalladas de las superficies internas de los vasos sanguíneos con una resolución equivalente a la de un microscopio de baja potencia. Es capaz también de mostrar células individuales arteriales e inflamatorias, incluidas las características que pueden identificar placas vulnerables dentro de las muestras de arteria coronaria.

Científicos de las Universidades de Bolonia, Italia; Tecnológica de Michigan, Estados Unidos, y de la Universidad de Porto, Portugal, diseñan nanotubos de carbono de solo una millonésima de milímetro que podrían convertirse en potenciales agujas para tratar células en laboratorio e inyectar medicamentos y genes en las células enfermas. Los nanotubos podrían ser usados también como sondas moleculares para el intercambio de información entre el exterior y el interior de la célula. La forma de introducir los medicamentos en las células es rasante, ingreso con el que se logra un equilibrio energético más favorable, explicó el autor principal del estudio Siegried Hofinger en un artículo difundido por la revista Biomaterials.

Las cirugías de mínimo acceso que se efectúan en la actualidad consisten en la realización de una pequeña incisión en el cuerpo del enfermo con imágenes de video como guía. Aunque ese método mejora el proceso de cicatrización, los científicos pierden la capacidad de manipular el tejido sobre el que operan.

En Inglaterra, estudiantes de la Universidad de Leeds perfeccionan un nuevo instrumento que permite a los cirujanos sentir el grosor de los tejidos al tocarlos de forma remota. Así manipularían los tumores durante una intervención quirúrgica y podrían determinar si es maligno o benigno incluso sin palparlos. Los científicos esperan que la nueva técnica contribuya a perfeccionar las terapias contra el cáncer y acelerar la recuperación de los pacientes.

Con la nueva técnica, en la medida en que el cirujano explora, la presión que el dispositivo ejerce sobre la mano cambia.”La computadora envía una señal al dispositivo para indicar cuánta fuerza uno está aplicando; y uno efectivamente siente la respuesta que percibiría con la mano”, explicó Earle Jamieson, estudiante de ingeniería de la Universidad de Leeds.

Nanobots médicos

En el Centro de Diagnóstico y Medicina Avanzada (Cedimat) de República Dominicana se han realizado ya ocho cirugías de cáncer de próstata con un robot. Según el urólogo alemán Stephan Thueroff, a diferencia de la prostatectomía convencional que extirpa toda la próstata, el robot solo quita el tumor. El robot es guiado por un urólogo desde el monitor de la computadora y está equipado con una cámara que ofrece al médico imágenes tridimensionales de alta definición en tiempo real.

El procedimiento quirúrgico no requiere de heridas. El paciente se anestesia localmente y es mínima la estancia en el centro asistencial. La robótica en la cirugía mínimamente invasiva de próstata es muy útil por la precisión que se requiere, de ahí que se use este método en más del 90% de los casos. Thueroff, quien ha hecho grandes aportes a esa técnica, dice que esta tecnología se ha aplicado en 250 hospitales de todo el mundo.

Durante los últimos años se ha creado una amplia variedad de máquinas a las que añadieron partes minúsculas como trozos de metal y semiconductores. Pero la construcción de moléculas es un tema distinto y puede tener múltiples aplicaciones, afirma el científico holandés Tibor Kudernac.

Investigadores holandeses de la Universidad de Twente diseñaron una diminuta máquina molecular, que logró moverse a una distancia de seis milmillonésimas de un metro estimulada por 10 impulsos eléctricos. El aparato se construyó a menos 266 grados Celsius y en un sistema al vacío. La batería de este automóvil creado con nanotecnología se halla en una ruta que los científicos llaman un túnel microscópico, una punta de metal que termina en un átomo o dos. El motor de la pieza recae en cuatro rotores moleculares que actúan como si fueran ruedas y cambian de forma cuando absorben electrones.

El automóvil molecular “es una demostración simple de que podemos alcanzar cualquier cosa como esa. Es un hallazgo importante y pienso que motivará a la gente a pensar más desde un punto de vista de sus aplicaciones”, precisó Kudernac en un artículo de la revista Nature.

En la misma rama tecnológica, especialistas de la Universidad de Harvard fabricaron un nanorobot con moléculas de ADN capaz de transmitir señales a determinadas células del organismo. El ADN es un material biocompatible y biodegradable, y tiene potencial para ser utilizado en la administración de fármacos y transmitir señales moleculares. El novedoso dispositivo logró activar el proceso de apoptosis -suicidio celular-, en células responsables de provocar leucemia y linfomas, abriendo una vía al desarrollo de nuevas terapias en biomedicina, y el cáncer en particular, aseguraron sus creadores en un reportaje de la revista Science.

De la misma forma, científicos de la Universidad de Brown, el Departamento de Asuntos de Veteranos, en Rhode Island, el Departamento de Neurología del Hospital de Massachusetts y la Escuela Médica de la Universidad de Harvard en Boston desarrollan robots controlados por el pensamiento y sistemas de comunicación viables para pacientes con síndrome de encerramiento. En un experimento, personas cuadripléjicas lograron controlar el movimiento de un robot con el pensamiento a través de un dispositivo microscópico conectado a una computadora, y de esta forma dos pacientes pudieron tener sensación de independencia después de más de 15 años de incapacidad.

La actividad eléctrica envía impulsos a través de un cable a una computadora, que se traduce en instrucciones concretas como alcanzar un recipiente con café. Con este estudio, difundido en la más reciente edición de la revista Nature, los expertos persiguen objetivos concretos: mejorar el control neural de dispositivos de asistencia robótica para personas paralizadas, y emplear el sistema para que pacientes amputados manejen una prótesis con la interfaz neural y que los paralizados puedan reconectar su cerebro a sus extremidades.

Fármaco chips

Científicos del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) encabezados por Chi Sang Poon crearon un chip que imita la sinapsis cerebral por lo que es posible que en un futuro este tipo de dispositivo interactúe sin problema con los mecanismos neuronales. La sinapsis cerebral depende de los canales de iones que tienen la función de controlar el flujo de átomos cargados como el potasio, el sodio y el calcio. Al igual que las células cerebrales, el dispositivo, que posee 400 transistores, es capaz de procesar los nuevos estímulos y la información.

Otro grupo de expertos del MIT implantó un chip electrónico en seres humanos, capaz de suministrar automáticamente dosis exactas de diversos medicamentos. En ensayos clínicos, el chip fue insertado en siete mujeres, a quienes se les administró de esa manera un medicamento para fortalecer los huesos afectados por osteoporosis, informó la revista Science Translational Medicine.

Pequeño como una uña, el dispositivo está conectado a compartimentos cerrados donde se colocan las dosis del fármaco teriparatida, una hormona paratifoidea, que se emplea para evitar la pérdida de masa ósea. Cada compartimiento está cubierto por una fina capa de platino y titanio y la droga sale cuando una de esas capas se rompe por la aplicación de una pequeña corriente eléctrica.

El microprocesador que ordena la liberación del fármaco es operado por control remoto, lo cual permite en principio ajustar las dosis, momento de administración, y otros parámetros. Uno de los coautores del trabajo, el profesor Robert Langer, explicó que el nuevo chip abre prometedores caminos en cuanto a las terapias y tratamientos de esclerosis múltiple, cáncer y dolor: “Usted, literalmente, podría tener una farmacia en un chip”.

En Alemania, científicos de la Universidad de Tecnología de Munich monitorean el crecimiento tumoral mediante un chip que mide la saturación de oxígeno en el tejido vecino y sigue el desarrollo del cáncer. La información es transmitida a un aparato parecido a una caja pequeña que cabe en un bolsillo, de ahí pasa a la computadora del oncólogo que analiza la información y determina si la situación está empeorando.

Los expertos sopesan también la posibilidad de colocar en el dispositivo una bomba de medicamentos para tratar la neoplasia. Existen tumores que son difíciles de retirar como los que se encuentran cerca de la columna vertebral, por lo que en esos casos es mejor vigilarlos y solo tratarlo si el crecimiento es muy pronunciado. “En la quimioterapia tradicional uno suministra drogas a todo el cuerpo, algo que puede tener fuertes efectos secundarios. Queremos poner una bomba en nuestro chip, así si el sensor detecta crecimiento, se pueden aplicar cantidades microscópicas directamente sobre el tumor”, explicó el autor del estudio Sven Becker.

Por otro lado, investigadores de la Universidad de Columbia, Estados Unidos, crearon un chip que permite diagnosticar en solo minutos infecciones de transmisión sexual como el VIH y la sífilis, un método que resulta mucho más rápido, barato y efectivo que las pruebas convencionales cuyos resultados tardan días o semanas. La nueva técnica, difundieron los científicos en la revista Nature Medicine, puede detectar muchos casos de VIH en países de medianos y bajos ingresos, sin necesidad de que las personas se vean obligadas a acudir a un hospital a realizarse los exámenes, señaló Samuel Sia, director del estudio.

Terapias anticancerígenas con nanotecnología

En Vietnam, científicos de las universidades de Can Tho y Tien Giang, del Instituto de Ciencias Aplicadas y la Academia de Ciencia y Tecnología de la ciudad Ho Chi Minh desarrollaron un método para diagnosticar el cáncer cérvico-uterino en sus etapas iniciales, aplicando la nanotecnología.Emplearon nanopartículas cubiertas de sílice-Fe3O4 para atacar a los anticuerpos monoclonales que responden al virus del papiloma humano VPH 18 y la bacteria E-coli O157: H7. Esta modalidad detecta células cancerosas antes que los actuales métodos, como el ensayo de inmunoabsorción ligado a enzimas y la reacción en cadena de la polimerasa.

En la misma línea de trabajo, especialistas de las Universidades de Granada, España, y de Kebangsaan, Malasia, desarrollaron una nueva terapia contra el cáncer basada en la nanotecnología. Su principio es la encapsulación de un catalizador de paladio dentro de microesferas para sintetizar materiales artificiales o activar fármacos dentro de células humanas, para de esta manera evitar su toxicidad, explicaron los autores del estudio a la revista Nature Chemistry.

Este sistema atrapa en su microestructura el paladio, un metal que no se encuentra de forma natural en células humanas y permite catalizar reacciones químicas en la célula sin alterar sus funciones básicas, como la síntesis de proteínas y el metabolismo. La técnica es capaz de crear fármacos anticancerígenos dentro de la célula. Serán efectivos en el tratamiento específico de tumores y mejorará los actuales tratamientos quimioterapéuticos.

En la actualidad investigadores europeos trabajan en un proyecto basado en el uso de nanopartículas para el diagnóstico y tratamiento del cáncer, en especial de mamas y páncreas. Bajo el nombre de MultiFun, la técnica se enfoca en cuatro aspectos fundamentales: síntesis de nanopartículas de hierro no tóxicas para transportación por el torrente sanguíneo; identificación de marcadores celulares específicos de células cancerígenas; el desarrollo de instrumentación clínica destinado a reforzar el tratamiento térmico; y la detección-cuantificación de nanopartículas en tejidos, sangre y orina.

Además se investigará el uso de nanopartículas que funcionen a modo de transportadores de fármacos anticancerígenos para su administración local, lo que aumentaría su efecto terapéutico. El proyecto, que podría revolucionar las ciencias médicas, se extenderá hasta 2015, y reúne expertos de diferentes campos (biomedicina, oncología, química y tecnologías de la información) de España, Reino Unido, Francia, Alemania, Irlanda, Bélgica y la República Checa.