QNR Team
- 5 may 2023
- 8 Min. de lectura

El impacto de la Nanotecnología en el futuro de la medicina, la salud y la humanidad.

Actualizado: 26 ago 2023

Con un alcance infinito que abarca desde marcapasos y nano-elementos que atacan en forma directa y específica a una célula cancerígena, nano burbujas que depuran aguas residuales, nanofiltración de metales pesados, pantallas táctiles flexibles, y un sempiterno de posibilidades. Abarcando aplicaciones en la alimentación, robótica, biomédica, biomateriales, producción de energía, y otros. Con un camino que se ha explorado desde solo hace algunas décadas, pero con una velocidad de experimentación y desarrollo enormes.

¿Qué es la nanotecnología y la nanociencia?

La nanociencia es la disciplina dedicada al estudio de los fenómenos físicos, químicos y biológicos que ocurren en la materia a escala nanométrica. La nanotecnología comprende la creación, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nano escala (átomos y moléculas), y la consecuente obtención de fenómenos y propiedades de la materia que son totalmente nuevos en determinado umbral de tamaño (de 1 a 100nm), y pueden ser extraordinariamente precisos.

En la otra cara de la moneda, y no menor, la OMS ha mencionado que las nanopartículas de ingeniería y los nanomateriales han producido una preocupación sobre efectos inesperados o no deseados en la interacción con los sistemas biológicos. Como consecuencia del rápido crecimiento de la nanotecnología y sus extensas aplicaciones el conocimiento de estos aspectos aún es limitado.

Hablemos de historia y evolución.

Ahora se sabe que los nanomateriales han estado presentes en la historia humana desde hace cientos de años: como en las cerámicas andalusíes con esmaltes plateados y dorados que contenían nanopartículas metálicas.

El pionero que pudo imaginar esto fue el físico estadounidense y ganador del Premio Nobel Richard Feynman. Quien el 29 de diciembre de 1959 dio su discurso de presentación de procesos en los que los científicos podían manipular átomos y moléculas individualmente, marcando el inicio de la era de los nanomateriales.

El Profesor Norio Taniguchi fue quien por primera vez se refirió a esto como Nanotecnología en el año 1974.

Todos estas ideas dieron el giro más interesante cuando los avances en óptica habían llegado a su potencial más alto a fines del siglo XX pareciendo imposible superar los aumentos que podían lograrse combinando lentes. La superación llegó de la mano de la física cuando en 1981 G. Binnig y H Rohrer crearon los microscopios que utilizaban haces de electrones (microscopio de efecto túnel) en vez de la luz habitual. Y por primera vez en la historia de la humanidad pudieron verse las partículas más pequeñas que conforman la materia. Y por consiguiente su relación con partículas más grandes y replicar o alterar sus cualidades.

En 1985 el descubrimiento del fullereno por Harry K Smalley y Robert Curl (Ganadores del premio Nobel en conjunto de Química en el año 1996), que es un tipo de carbono con propiedades muy interesantes y que se utilizaría más adelante para los tubos de grafeno o nanotubos. Y es cuando comenzó a hablarse de la nanotecnología moderna.

La nanotecnología fue consolidada en los 90 por el descubrimiento de los nanotubos de carbono, que son uno de sus componentes más importantes.

En el siglo XXI tiene aplicaciones en tecnología, biomedicina, ingeniería, farmacología y un una multitud más.

Backingball Fullereno

(Al lector: Nuestra empresa se ha asociado con Amazon para ofrecerle enlaces a libros y recursos relevantes en nuestros artículos. Por cada compra realizada a través de nuestros enlaces, recibimos una pequeña comisión. Por favor, ¡apoya nuestro negocio!)

Algunos conceptos fundamentales.

Para terminar de entender un poco más cabalmente la Nano ciencia y los nanomateriales vamos a buscar la teoría en “el fondo de la habitación”:

Un nanómetro es la milmillonésima parte de un metro. Es decir, un centímetro contiene un millón de nanómetros. Es como comparar una roca con el tamaño del planeta tierra.

La nanotecnología manipula nanomateriales entre 1nm y 100nm. Estos límites están dados por el tamaño de los átomos siendo los más pequeños los de Hidrógeno, y el límite superior es más bien arbitrario, pero es en el tamaño donde comienza el cambio de propiedades en los materiales comparado con el mismo material en una macro escala. Y principal y diferencial característica que hace que los materiales tengan propiedades nuevas, y desconocidas hasta antes de la nanotecnología.

Para tener una visión en nuestra mente de estas dimensiones podemos mencionar varios ejemplos:

- El espacio que ocupan los enlaces de Carbono, es decir el espacio entre átomos de una molécula, está alrededor de los 0.12 y 0.15 nm.

- Un átomo de Hidrógeno tiene 1nm.

- La doble hélice de un ADN tiene un diámetro de alrededor 2 nm.

- La bacteria del género Mycoplasma, que es la forma de vida celular más pequeña tiene alrededor de 2nm de largo.

- El diámetro de la hemoglobina es de 5nm.

- Un glóbulo rojo tiene aproximadamente 7000nm de diámetro y 2000nm de espesor

- Un cabello humano tiene aproximadamente un ancho de 40.000nm.

Nanomateriales: como ya mencionamos son los elementos que a escalas nanométricas tienen propiedades muy distintas a sus homólogos a gran escala, debido a su elevado cociente área/superficie y fuerza/peso y a la aparición de efectos cuánticos. Y son aquellos en los que al menos una de sus tres dimensiones es menor a 100nm. Pueden clasificarse en:

1. Número de dimensiones y tamaño menor de 100nm.

1.1 Una dimensión

1.2 Dos dimensiones: Nanotubos de carbono, Nanotubos inorgánicos, Nano cables, Nano fibras, Biopolímeros, Nanoporosa.

1.3 Tres dimensiones: Nanopartículas de masa química (Bulk Chemicals), Fullerenos o Fulerenos, Dendrímeros o Polímeros dendríticos, Puntos cuánticos

2. Número de dimensiones y tamaño.

2.1. Superficies nano texturizadas.

2.2. Nanotubos.

2.3. Nanopartículas.

3. Momento en el que surgieron: Primera y segunda generación.

Hay dos formas de construir los nanomateriales:

Del fondo hacia arriba: Se ensamblan los dispositivos y materiales a partir de componentes moleculares que se unen por los principios de reconocimiento molecular. Este reconocimiento molecular es importante ya que las moléculas pueden ser diseñadas de tal manera que su orden o configuración específico sea favorecido por las fuerzas intermoleculares no covalentes.

De arriba hacia abajo: se construyen a partir de materiales más grandes y se controlan a nivel atómico.

Ya hemos mencionado que algunos fenómenos se vuelven pronunciados a medida que el tamaño decrece, por ejemplo “el efecto del tamaño del Cuanto” que se producen en el rango de tamaño de 1 a 100 nm es el “Dominio Cuántico”, así como también otras propiedades mecánicas, eléctricas, ópticas, etc.

Según un estudio publicado por el Centre of technology Assesssment at the Swiss Science and Tecnology Council SSTC (TA-SWISS), la nanotecnología puede aplicarse de cinco maneras:

Partículas con estructura simple.
Sistemas combinados de partículas (estructuras)
Estructuras con dos dimensiones (superficies)
Estructuras extremadamente complejas equipadas con unidades mecánicas, químicas y eléctricas (nanodispositivos)
Procedimientos y métodos.

¿Cuál es hoy y cuál será su impacto en la medicina del futuro?

Se han hecho y se esperan aportes inmensos en el campo de la medicina y la salud, ya que como mencionamos estos nanomateriales pueden llegar a ser extremadamente precisos con efectos nuevos, o evolucionados respecto de los ya conocidos. Y puesto que en el mundo microscópico es donde se encuentran las estructuras que al alterarse provocan las enfermedades sería de una gran utilidad.

Algunos ejemplos destacados de la aplicación o investigación en medicina son:

Biomarcadores de células cancerígenas con una “ultra-alta sensibilidad y especificidad”. Jugando un rol esencial en el diagnóstico, pronóstico de la eficacia en los tratamientos de pacientes con cáncer. Se están desarrollando con la integración de nanopartículas, espectrometría de masa y métodos ópticos y eléctricos de detección.

Sistemas de entrega de nano transportadores para tratamiento del oído interno en la pérdida de audición. Recientes estudios muestran un gran avance en la entrega a células blanco específicas.

Terapia fotodinámica guiada por imágenes (PDT), es una estrategia prometedora para el tratamiento del cáncer. Gracias a recientes descubrimientos de distintos tipos de tintes con propiedades (AIE Termed aggregation-induced emission) nuevas debido a su estado de nano agregación y su función dual. En un futuro cercano se podría tratar el cáncer con imágenes en vivo y con una alta eficacia, y como beneficio extra la dosis de nanopartículas AIE y la radiación lumínica serían bajas, con mínimos efectos colaterales.

Fullerene-C-60 y nanopartículas multivalentes de oro funcionalizadas de varios tamaños: son estudiadas recientemente por sus propiedades en la modulación de la respuesta del sistema inmune y de la inmunodiagnosis.

Nanotransportadores de medicamentos que entregan medicación directamente a las células enfermas. Son capaces de disparar la liberación de medicación con una secuencia de ADN específica dentro del citosol con una gran eficiencia y especificidad. Además, se sabe que en las etapas tempranas de varios tipos de cáncer se expresan marcadores (por ejemplo, algunas secuencias de ARN) que serían las que dispararían esta liberación de medicación intracitoplasmática y solo en células enfermas, lo que también reduciría los daños al tejido sano.

Parches que ayudarían a reparar enfermedades cardíacas que el cuerpo no puede realizar.

Bull metallic Glass mantendría el corazón latiendo.

Rayos laser de rayos X: un rayo muy difícil de crear por su pequeña longitud de onda. Gracias a la brevedad de sus pulsos han podido realizar películas ultrarrápidas como por ejemplo de una reacción química, con lo que pueden capturar imágenes ultrarrápidas de procesos muy veloces y hacer observaciones y controles a escalas infinitamente pequeñas.

Nanomarcapasos. El mismo creador del marcapasos original ha hecho evolucionar desde el primero que era una máquina de unos 50 kg que funcionaba con la batería de un automóvil, a el nanomarcapasos que es del tamaño de la cuarta parte de un grano de arroz, y no funciona con baterías como sus predecesores, si no que lo impulsa la contracción de las células cardíacas, y el médico recibiría una alarma en su teléfono móvil en caso de mal funcionamiento cardíaco, para poder corregir parámetros desde su celular. Así como también se colocaría en una intervención ambulatoria.

Bombas de insulina implantadas dentro del cuerpo, así como una extensa cantidad de aplicaciones en estudio y otras ya aplicadas.

Algunos datos curiosos

“There´s plenty of room at the botton”, “Hay mucho espacio en el fondo” fue el título del discurso de Richard Feynman al presentar por primera vez el trabajo científico sobre el “nano-mundo” ante la Sociedad Americana de Física en el Instituto Tecnológico de California de Pasadena. “De lo que quiero hablar es del problema de manipular y controlar cosas a una escala pequeña ….. cuando menciono esto la gente me habla de que hay un dispositivo con el cual usted puede escribir el padre nuestro en la cabeza de un alfiler, o que hay un motor del tamaño de una uña, me dicen. Pero eso no es nada: ese es el paso más primitivo y vacilante en la dirección que quiero discutir. Es un mundo sorprendentemente pequeño que está debajo.

Hay nanotubos que a cierta temperatura hacen que la luz se desvíe de los objetos provocando “invisibilidad”.

Por accidente, e intentando recrear las condiciones en las cuales una estrella existiría, fue creado el Bucky paper, que es 10 veces más ligero y 250 veces más fuerte que el acero.

Propiedades distintas del mismo material en un tamaño microscópico o macroscópico, por ejemplo:

El Hg (mercurio) muestra un comportamiento no metálico, debido en parte a que al estar en nanocristales de menos de 2 nm se aumenta la superficie de contacto al aumentar su área superficial, lo que hace que aumenten las probabilidades de atraerse o repelerse con otros átomos.

El Oro puede convertirse en soluble, materiales estables como la plata Ag, pueden convertirse en combustible.

El acero Damasco de más de 1000 años de antigüedad posee nanotubos de carbón, las cuchillas que están hechas de eso supuestamente cortan piedra o metal, y como hacerlo es aún desconocido, pero si se sabe ahora con los avances en microscopía y nanotecnología y es que son nanopartículas dispuestas en determinado orden.

Conclusión

La nanotecnología es la tecnología con mayor potencial en el mundo de los materiales, con nuevas formas y materiales, orgánicos e inorgánicos, nanopartículas o nano polímeros. Nos permite ver y manipular los átomos y las moléculas de todo lo que nos rodea, desde la ropa que vestimos, la comida que comemos, el papel, los plásticos, las piedras, los árboles, el agua, nuestro cuerpo, absolutamente todo.

Si podemos visualizar en nuestra mente que cada uno de los materiales presentes en el planeta tiene propiedades distintas a escalas nanométricas lograremos visualizar que verdaderamente …. Si… “hay más lugar en el fondo” ….

Sobre la autora:

María Soledad Gómez tiene más de 10 años de experiencia en la industria trabajando en una variedad de funciones dentro de la industria regulada, la asistencia sanitaria y la medicina, incluyendo alimentos / bebidas, hospitales y medicina veterinaria. Maria Sole escribe artículos técnicos sobre una amplia variedad de temas del ámbito médico.

Sobre el editor:

Brian Hoy tiene más de 20 años de experiencia en el sector de los dispositivos medicos y la creación de empresas, apoyando el ciclo de vida completo con alcance mundial. Brian es consultor de la industria y ofrece asesoramiento general y apoyo fuera del horario laboral.

#nanotecnología

#medicaldevicenanotecnología

#Howthemedicaldeviceindustryischangingourworld

#medicaldeviceindustryimpactonglobalbusiness

#medicaldevicecompliance

#medicaldevicesandglobalexpansion