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Bio-Tecnología
Viaje alucinante de los nano-cirujanos

por Patrick L. Barry
Traducción de Juan Miguel de la Torre
 

Pórtico Luna

Científicos financiados por la NASA están fletando microscópicas embarcaciones que pueden aventurarse dentro del cuerpo humano y reparar problemas - una célula cada vez -.

15 de Enero, 2002: Es como una escena de la película "Viaje Alucinante". Una pequeña embarcación - mucho más pequeña que una célula humana - da una vuelta a través del torrente sanguíneo de un paciente, abatiendo células enfermas y penetrando sus membranas para soltar dosis precisas de medicinas.

Sólo que esto no es Hollywood. Esto es ciencia de verdad.

En la imagen: Diminutas cápsulas mucho más pequeñas que estas células sanguíneas puede que sean inyectadas algún día en el torrente sanguíneo de la gente para tratar estados que abarcan desde el cáncer al daño por radiaciones. Copyright 1999, Daniel Higgins, Universidad de Illinois, Chicago.

Investigadores financiados por una beca de la NASA recientemente empezaron un proyecto para hacer realidad este escenario futurista.

Si tienen éxito, las "embarcaciones" desarrolladas por estos científicos - llamadas nanopartículas o nanocápsulas - podrían ayudar a hacer realidad otra historia de ciencia-ficción: la exploración humana de Marte y otras formas a largo plazo de habitar el espacio.

Mientras que las aplicaciones espaciales serán el foco principal de los investigadores, las nanopartículas albergan también un gran potencial para muchos campos de la medicina, particularmente el tratamiento del cáncer. La tantálica promesa de administrar venenos antitumorales directamente a las células cancerosas, evitando así los devastadores efectos secundarios de la quimioterapia, ha generado mucho interés en las nanopartículas entre la comunidad médica.

"El propósito de estas nanopartículas es introducir un nuevo tipo de terapia - en realidad meterse dentro de células individuales ... y repararlas, o, si están muy dañadas, librarse de ellas", explica James Leary de la Facultad Médica de la Universidad de Texas. Leary encabeza la investigación junto a Stephen Lloyd, y Massoud Motamedi, también de la Universidad de Texas; Nicholas Kotov de la Universidad Estatal de Oklahoma; y Yuri Lvov de la Universidad Tecnológica de Luisiana.

Su proyecto se enfocará en un problema relacionado con el cáncer - las altas dosis de radiación experimentada por los astronautas en el espacio, especialmente en viajes a la Luna o Marte, que requieren abandonar el paraguas protector del campo magnético gigante que envuelve la Tierra.

Incluso los avanzados materiales usados para escudar de la radiación las naves espaciales no pueden aislar completamente a los astronautas de la alta radiación del espacio. Estos fotones y partículas atraviesan los cuerpos de los astronautas como balas infinitesimales, destruyendo células en su camino. Cuando el ADN es dañado por esta radiación, las células se pueden comportar erráticamente, conduciendo a veces a cánceres.

"Este es un problema importante", dice Leary. "Si los humanos van a vivir en el espacio, tenemos que pensar como los vamos a proteger mejor de la radiación."

En la imagen: La radiación cósmica de alta energía puede ocasionar daños al ADN y hacer que las células se comporten erráticamente. Imagen cortesía de la NASA / OBPR.

Porque los escudos solos probablemente no resolverán el problema, los científicos deben encontrar alguna manera de hacer a los astronautas mismos más resistentes a los daños por radiación.

Las nanopartículas ofrecen una solución elegante. Estas cápsulas liberadoras de fármacos son diminutas: tan sólo unos pocos cientos de nanómetros, lo que es más pequeño que una bacteria y más pequeño incluso que la longitud de onda de la luz visible. (Un nanómetro es una millonésima parte de un milímetro.)

Una simple inyección con una aguja hipodérmica puede liberar miles de millones de estas cápsulas en la corriente sanguínea de una persona. Una vez allí, las nanopartículas se aprovecharan del sistema de localización celular natural del cuerpo para encontrar las células dañadas por radiación.

Los trillones de células de un cuerpo humano se identifican a sí mismas y se comunican con cada otra vía complejas moléculas incrustadas en sus membranas exteriores. Estas moléculas actúan como "banderines" químicos para comunicarse con otras células o como "puertas" químicas que controlan la entrada a la célula de las moléculas en el torrente sanguíneo (tales como las hormonas).

Cuando las células sufren daños por radiación, producen marcadores de una clase particular de proteínas llamadas "CD-95" y las colocan en su superficie.

"Es como las células hablan a las otras células y dicen, "¡Hey, estoy herida!"", dice Leary.

Implantando moléculas en la superficie externa de las nanopartículas que encajen con esos marcadores CD-95, los científicos pueden "programar" las nanopartículas para buscar estas células dañadas por radiación.

En la imagen: Una membrana de dos capas separa el interior de la célula en la parte inferior derecha de esta imagen del ambiente que la envuelve. Las moléculas complejas en esta membrana interior controlan como las células que yacen debajo interactuan con su entorno. Imagen copyright Scott Barrows, Universidad de Illinois, Chicago.

Si el daño por radiación es muy grave, las nanopartículas pueden entrar en las células dañadas y liberar enzimas que inicien la "secuencia de autodestrucción" de la célula, conocida como apoptosis. O en otro caso, pueden liberar enzimas reaparadoras de ADN para intentar arreglar la célula y devolverla a un funcionamiento normal.

Los humanos y otros organismos tienen enzimas naturales que cuidan el ADN y reparan errores, pero algunos hacen un mejor trabajo que otros. "Hay organismos que pueden absorber altas dosis de radiación y llevarlo bien", dice Leary. Mediante el estudio de tales especies, los científicos ya han confeccionado enzimas reparadoras del ADN que podrían ser administradas mediante nanopartículas.

El equipo de Leary está estudiando también formas de juntar moléculas fluorescentes a las nanopartículas. Estas podrían ser diseñadas para emitir luz en ciertas etapas del proceso, incluso empleando diferentes colores para diferentes etapas. Estas etiquetas fluorescentes aportarían un medio para monitorizar las nanopartículas dentro del cuerpo.

En la imagen: En esta ilustración las paredes de la nanocápsula están parcialmente disueltas, lo que les permite modificarse atrapando dentro moléculas de un medicamento marcado con fluorescente. Estas naves pueden estar hechas de polímeros auto-ensamblantes o de materiales semiconductores como el cadmio "telluride". Cortesía de Yuri Lvov, Universidad Tecnológica de Luisiana.

"Para evaluar el grado de daño por radiación, un astronauta se pondría algo como un par de gafas, pero estas gafas miran hacia el interior de la retina", explica Leary. "Y tú usas el flujo de las nanopartículas ( fluorescentes ) sobre las células a través de la retina como una especie de instrumento de evaluación in vivo."

La tecnología relacionada ya existe: se usa para medir los cambios en la circulación sanguínea en la retina debida a varias enfermedades. La NASA esta interesada es estos medios no invasivos para monitorizar la salud porque los astronautas podrían tener que actuar como sus propios doctores en misiones largas.

"Eventualmente, los astronautas podría vestir estas gafas para echar un vistazo a lo que esta pasando en su corriente sanguínea. Y entonces, si necesitan tratamiento, tienen la aguja hipodérmica con las nanopartículas apropiadas para el trabajo."

Las nanopartículas son una aproximación radicalmente nueva a los biosensores y la administración de medicinas, y como tal, la tecnología requerirá muchos más años para estar madura y fiable. Pero no es un castillo en el aire. Todos los elementos de esta idea han sido demostrados separadamente: las enzimas reparadoras de ADN, las nanopartículas, las etiquetas fluorescentes. El truco está en juntarlos todos para trabajar codo con codo.

"Este es un problema muy difícil, y no vamos a ser capaces de hacerlo todo en tres años", que es la duración de la beca. "Estamos intentando hacer algo de ciencia bastante innovadora, aquí. Es un poco un salto.", dice Leary. "Pero eso es por lo que es tan divertido trabajar en ello."

Publicado originalmente en: