Benemérita Universidad Autónoma de Puebla

Facultad de Medicina

DHTIC

“Ensayo final”

Verano 2013

Nombre del Alumno: María del Rocío Fernández Morales

Profesora: Lilian Gaona Osorio

1

Nanotecnología aplicada a la medicina

junio 26

2013 El desarrollo de la Biotecnología a la Medicina, permitirá identificar los genes que intervienen en las enfermedades con más prevalencia y desarrollar fármacos que compensen la actividad de los genes alterados en cada patología. Las cuatro áreas de investigación sobre salud humana en las que la Biotecnología tiene un mayor impacto son las relativas a diagnóstico molecular y pronóstico de enfermedades; desarrollo de fármacos; terapia celular e ingeniería de tejidos y, por último, terapia génica y vacunas génicas. La diferencia aportada por la biotecnología moderna es que actualmente el hombre no sólo sabe cómo usar las células u organismos que le ofrece la naturaleza, sino que ha aprendido a modificarlos y manipularlos en función de sus necesidades.

Usos y beneficios más comunes de la nanotecnología en Medicina

2

ÍNDICE DE CONTENIDO

Introducción ........................................................................................................................... 3

Desarrollo ............................................................................................................................... 3

Nanomedicina, ¿Cómo funciona? ....................................................................................... 3

Nanomedicina y su uso en el tratamiento del Cáncer .................................................... 5

Nanomedicina y su uso en el tratamiento de la aterosclerosis .................................. 6

Conclusiones ........................................................................................................................ 10

Referencias ........................................................................................................................... 10

3

Introducción:

En este documento podemos encontrar diversos puntos de vista acercade aportes

tecnológicos que se han logrado en la medicina, gracias a la nanotecnología,

específicamente en enfermedades con alto índice de padecimiento en la población

como lo son el cáncer y la aterosclerosis. ¿Cómo es que una ciencia tan

relativamente nueva puede ayudar en padecimientos tan comunes? La respuesta

aunque parece compleja es a veces tan sencilla como el tamaño de una

nanopartícula. Al principio se exponen dos usos comunes, que parecieran muy

diferentes, sin embargo poco a poco el lector podrá notar como es que estos

temas están relacionados.

Desarrollo:

Nanomedicina, ¿Cómo funciona?

La integración de la nanotecnología con la biología, trae como consecuencia el

nacimiento de una nueva ciencia llamada nanobiotecnología, que tiene por campo

de estudio dominante a la nanomedicina. Que tiene el objetivo de realizar un

diagnóstico o pronóstico molecular más preciso, todo encaminado a la mejora de

los procesos diagnósticos y terapéuticos, así como a la creación de nuevos

fármacos dirigidos a la medicina personalizada.

Utilizando estos enfoques en los sistemas biológicos podremos disponer de un

mayor entendimiento en aquellos procesos de interés, logrando así diversas

aplicaciones para la nanobiotecnología en combinación con las ciencias

genómicas, proteómicas y farmacéuticas, siendo la nanomedicina el campo

principalmente dominante de la nanobiotecnología.

La nanobiotecnología aplica herramientas y procesos de la nano/micro fabricación

para construir nanoestructuras y nanodispositivos a partir de materiales grandes.

4

En los últimos años, la nanotecnología se ha convertido en uno de los más

importantes y excitantes campos de vanguardia que integran ciencias como la

física, química, ingeniería y biología, y resulta promisoria en el sentido de que en

un futuro cercano proporcionará muchos avances que cubrirán los logros

tecnológicos en un amplio campo de aplicaciones.

Actualmente, en la investigación médica a nivel molecular son las nanopartículas

las herramientas de mayor uso, existiendo gran variedad de éstas, sin embargo,

las más frecuentemente utilizadas para el diagnóstico molecular son las de oro,

paramagnéticas y los inorgánicos, que pueden tener una capa orgánica para su

estabilización en solución acuosa, éstas son de principal interés para el estudio de

sus aplicaciones en el diagnóstico molecular.

Las nanopartículas de oro, las paramagnéticas y los quantum dots, pueden ser

empleadas para el diagnóstico y tratamiento de diversas enfermedades, entre

ellas las neoplásicas; los quantum dotsson los más prometedores.

Los quantum dots muestran ser una aplicación relativamente madura de la

nanotecnología, y dan lugar a una nueva clase de marcadores luminiscentes que

superan las limitaciones de los marcadores orgánicos convencionales.

Ahora bien para entender el uso de los quantum dots es necesario mencionar que

sus características se dan debido a sus dimensiones espaciales y que están

hechos por materiales semiconductores.

El uso de los quantum dots hace posible una ultrasensible detección sin una

amplificación por reacción en cadena de la polimerasa, como lo mencionan Chun-

Yang y colaboradores, al haber demostrado que es posible una detección rápida y

sensible de ácidos nucleicos, donde se utilizan cadenas simples de ADN o ARN

biotiniladas complementarias a la cadena de interés y posteriormente conjugadas

con quantum dots.

5

Nanomedicina y su uso en el tratamiento del cáncer:

El cáncer es el resultado de la acumulación de múltiples alteraciones en genes

que regulan el crecimiento celular, dichas alteraciones en los genes traen consigo

alteraciones morfológicas y metabólicas en las células que las presentan, y debido

a que muchas de estas alteraciones son extremadamente críticas e irreversibles,

se considera de gran importancia la identificación de las mismas.

Actualmente el diagnóstico de cáncer se hace por imágenes por resonancia o

rayos X. Sin embargo algunas veces esas técnicas no son suficientemente

sensibles para detectar diferentes tipos de cáncer o incluso etapas precursoras del

mismo

Estudios recientes han demostrado que estas nanoherramientas pueden ser

usadas en una amplia variedad de aplicaciones en el área oncológica, que van

desde la detección de apoptosis (muerte celular programada) hasta la imagen por

resonancia magnética, mapeo de ganglios linfáticos o incluso la remoción

fototermal de los tumores. Visto por otro lado, estas nanopartículas nos permiten

también observar rutas de señalización celular, así como interacciones célula-

célula en los tumores, angiogénesis tumoral y hasta la capacidad de encontrar

células metastáticas en cualquier parte del cuerpo.

Por otra parte, en la identificación de tumores por nanopartículas se han utilizado

dos modalidades: la identificación activa y pasiva. La identificación activa consiste

en la unión de ligandos o biomoléculas a las nanopartículas, dichas biomoléculas

son tumor-específicas, lo cual quiere decir que solo se unirán a las células

tumorales, pues generalmente se utilizan anticuerpos específicos que localizan

proteínas de membrana. También pueden utilizarse fragmentos de ADN o ARN

conocidos que identifiquen la presencia de genes mutados o ARN mensajeros de

alguna proteína de interés, lo cual hace posible también la identificación espacial

de una sola molécula con precisión nanométrica.

6

La identificación pasiva, por otra parte, toma ventaja de las dimensiones de las

partículas y de las propiedades únicas de la vascularización tumoral, ya que los

vasos sanguíneos tumorales son distintos de los vasos sanguíneos normales,

también es destacable que estos tienen poros mucho más amplios lo que deja

pasar fácilmente las nanopartículas y logran una acumulación en los tumores.

Otro uso destacable es en la terapia fotodinámica, en la cual se usa un

fotosensibilizador, que usualmente es un pigmento porfirínico que localiza

preferencialmente un tejido, esta molécula es expuesta a luz visible y debido a sus

características genera radicales libres, los cuales son realmente citotóxicos y

generan la muerte de las células y el tejido objetivo.

Esta terapia fotodinámica ya está siendo usada en algunos tipos de cáncer y

ciertas enfermedades de piel, sin embargo promete ser un tratamiento altamente

eficaz para la destrucción de los tumores cancerígenos evitando así su

proliferación y logrando poco a poco una recuperación del paciente, tomando en

cuenta que debe ser altamente específica debido a sus propiedades citotóxicas y

es importante que su uso sea restringido a médicos realmente capacitados para

dar dicho tratamiento.

Nanomedicina y su uso en el tratamiento de la aterosclerosis:

Aunque originalmente el dominio de la nanotecnología era sobre la terapia contra

el cáncer, los avances recientes han puesto de manifiesto el considerable

potencial de la nanomedicina en el diagnóstico y el tratamiento de la

aterosclerosis, no se descarta el uso de la misma a otras enfermedades.

La fabricación de nanopartículas puede ser controlada con precisión, lo que

permite que pueda variar su tamaño y forma, carga superficial, la estabilidad y

7

varias otras características que ha de modificarse para influir en última instancia

comportamiento de las partículas in vivo. Por otra parte, las nanopartículas

presentan una superficie alta en relación al volumen, lo que permite el

revestimiento de la superficie a ser explotado para la derivatización con una

variedad de moléculas. Esto es de interés excepcional para interacciones

superficiales y también facilita la multifuncionalidad y funcionalización para

aplicaciones específicas.

Además de su uso terapéutico, las nanopartículas pueden ser incorporados o

etiquetados con pequeñas moléculas, iones, metales quelados o nanocristales

para permitir su detección mediante formación de imágenes de diagnóstico.

La nanomedicina ha experimentado un tremendo crecimiento y la extensión más

allá de las aplicaciones oncológicas en el siglo XX. Las estrategias de focalización

para la aterosclerosis pueden describirse y relacionarse con las lecciones

aprendidas de la localización tumoral.

La aterosclerosis sigue siendo la principal causa de morbilidad y mortalidad en el

campo de la enfermedad cardiovascular, y representa una carga económica

sustancial.Puede causar complicaciones clínicas como la angina de pecho,

isquemia, insuficiencia renal e hipertensión. Sin embargo, las complicaciones más

graves surgen de la ruptura de placas ateroscleróticas en las arterias coronarias,

que representan el 70% de los infartos agudos de miocardio fatales y / o muertes

coronarias repentinas, y ruptura de placa en las arterias carótidas, que causa el

accidente cerebrovascular isquémico.

La acumulación de una placa aterosclerótica comienza a las zonas propensas a

las lesiones, en las grandes y medianas arterias en dónde el endotelio es

disfuncional, inducida por factores de riesgo cardiovascular como el tabaquismo

crónico, hipertensión arterial y la hipercolesterolemia crónica. El endotelio

disfuncional es un factor fisiopatológico crucial en la aterosclerosis, causando

8

aumento de la permeabilidad de macromoléculas tales como lipoproteínas,

aumento de la expresión de moléculas quimiotácticas y moléculas de adhesión.

Lesiones ateroscleróticas avanzadas eventualmente pueden contener un gran

volumen de lípidos y células necróticas.

En los vasos normales se suministran nutrientes al componente exterior de la

pared del vaso, y los nutrientes que van a la pared íntima se suministran por

difusión desde el lumen. Como se desarrolla la placa aterosclerótica, la íntima se

vuelve más gruesa y, una vez que la distancia entre las capas profundas de la

íntima y la superficie luminal supera el umbral de la difusión de oxígeno, se

produce hipoxia local. Esto induce neovascularización como un mecanismo de

defensa compensatoria para restablecer el suministro de nutrientes a la pared del

vaso.

Las placas ateroscleróticas se pueden romper como resultado de la ruptura de la

capa fibrosa que cubre el núcleo de lípidos a través de los procesos inflamatorios,

que por lo tanto pueden conducir a oclusiones trombóticas. Las lesiones que son

más susceptibles a la ruptura se caracterizan por una inflamación activa, tapas

delgadas fibrosas con grandes núcleos de lípidos, de denudación endotelial con

agregación plaquetaria superficial, placas fisuradas o estenosis luminal inferior o

igual a 90%.

Los procesos descritos anteriormente y sus eventos moleculares y celulares que

se acompañan crean numerosas oportunidades para dirigir la placa aterosclerótica

usando nanopartículas. Curiosamente, muchos de estos procesos también se

producen en el cáncer ya que la mayoría de ellos están relacionados con la

inflamación, incluyendo la neovascularización inducida por hipoxia, la disfunción

endotelial, la permeabilidad de la microvasculatura y la regulación al alza de

moléculas de adhesión para facilitar el reclutamiento de células.

9

Al unir anticuerpos, proteínas, péptidos u otros ligandos a su superficie, una

nanopartícula puede ser dirigida a los receptores individuales o múltiples que se

expresan en la superficie de (o dentro de) un tumor o una placa aterosclerótica.

Las propiedades fisicoquímicas de las nanopartículas determinarán en gran parte

su biodistribución, aunque la presencia de ligandos puede mejorar

sustancialmente la captación intracelular, que puede aumentar la actividad

terapéutica. Aunque esta es una forma de focalización activa, la acumulación de

nanopartículas (en el sitio enfermo) depende principalmente de la permeabilidad

vascular y como la nanopartícula debe primero extravasarse desde la circulación.

La acumulación específica de nanopartículas también se puede lograr a través de

focalización inherente de nanopartículas naturales. Las lipoproteínas, incluyendo

las lipoproteínas de alta densidad (HDL) y el colesterol LDL, interactúan con las

placas a través de un conducto natural. La explotación o imitación de esta afinidad

hacia la placa inherente de las lipoproteínas ha demostrado ser un enfoque

poderoso para la orientación de placas efectivamente.

Además de los métodos de selección descritos anteriormente, la formación de un

coágulo de sangre en una arteria permite a un trombo ser objetivo del uso de

nanopartículas. Los trombos son de fácil acceso y expresan una gran variedad de

componentes celulares y moleculares.

Al relacionar estos principios dirigidos al cáncer, hay una diferencia considerable;

cáncer es comúnmente una enfermedad focal, mientras que la aterosclerosis es

una enfermedad vascular sistémica que se desarrolla en varios lugares en todo el

cuerpo al mismo tiempo. Esto motiva aún más el desarrollo de agentes específicos

que se dirigen de manera eficiente las lesiones ateroscleróticas después de su

administración intravenosa.

El desarrollo de agentes de nanopartículas para la detección y tratamiento de la

enfermedad aterosclerótica continuará evolucionando a medida que la

comprensión de la patogénesis molecular de la enfermedad avanza agentes de

10

nanopartículas representan una alternativa potente a los agentes de molécula

pequeña debido a su biodisponibilidad mejorada y la capacidad para dirigirse

específicamente a los procesos.

Conclusiones:

Como se demostró en este ensayo el uso de las nanotecnología para dar solución

a padecimientos tan comunes como la aterosclerosis y el cáncer se da gracias a

un diagnóstico certero desde la focalización del problema a través de

nanopartículasque sirven como marcadores y por supuesto que actúan como

sustancias citotóxicas que ayudan a destruir el tumor o placa aterosclerótica.

Sin embargo es importante poner a consideración las consecuencias que se

pueden llegar a dar en dicho caso con el desarrollo y uso común de estos

tratamientos.

Referencias:

Romero-Morelos, P., Peralta-Rodríguez, R., Mendoza-Rodríguez, M., Valdivia-

Flores, A., Marrero-Rodríguez, D., Paniagua-García, L., &... Salcedo-Vargas, M.

(2011). La nanotecnología en apoyo a la investigación del cáncer. (Spanish).

Revista Médica Del IMSS, 49(6), 621-630.

Yallapu, M. M., Jaggi, M., &Chauhan, S. C. (2012). Curcuminnanoformulations: a

future nanomedicine for cancer. DrugDiscoveryToday, 17(1/2), 71-80.

doi:10.1016/j.drudis.2011.09.009

Lobatto, M. E., Fuster, V., Fayad, Z. A., & Mulder, W. M. (2011). Perspectives and

opportunities for nanomedicine in the management of

atherosclerosis.NatureReviewsDrugDiscovery, 10(11), 835-852.