miniaturadeimagen|Ilustración de cómo las nanopartículas "se dirigen" a las células cancerosas para su posterior uso como visualización, terapia y curación del cáncer.
La nanomedicina es la aplicación de la nanotecnología en biomedicina, con el fin último de mejorar la calidad de vida de los seres humanos, combatiendo las enfermedades de una forma innovadora. Un nanómetro (nm) es una millonésima de un milímetro (10^-9 m). El aspecto más innovador de la nanomedicina es el empleo de nanomateriales para el diagnóstico y tratamiento de una patología. La característica principal de un nanomaterial radica en que sus propiedades fisicoquímicas dependen del tamaño de dicho material.Freitas, Robert A., Jr. (2005). "Current Status of Nanomedicine and Medical Nanorobotics". Journal of Computational and Theoretical Nanoscience 2: 1–25. Mediante la modificación del tamaño de dichos nanomateriales es posible obtener una señal que nos indique la presencia o no de una enfermedad, entre otras muchas aplicaciones.
El término nanomedicina se originó con las ideas de Eric Drexler acerca de la creación de "máquinas" complejas a partir de sus componentes atómicos. Dicho término ha sido definido de distintas maneras en la literatura, algunos de estos conceptos son lo suficientemente amplios como para incluir todas las área de la nanotecnología médica, sin embargo la mayoría se enfocan al control y manipulación de procesos a nivel celular en la nanoescala, aplicado al diagnóstico y tratamiento.
La investigación en nanomedicina abarca desde el descubrimiento de nuevos nanomateriales con propiedades relevantes a la aplicación clínica en distintas patologías. En este sentido el trabajo en nanomedicina abarca áreas clásicas como la química, la física, la biología y la ingeniería. Las patologías en las que la nanomedicina está teniendo impacto son numerosas: desde cáncer a enfermedades cardiovasculares, enfermedades raras y enfermedades infecciosas. En este último caso se refleja claramente en el espectacular éxito de las vacunas basadas en ARN mensajero, las cuales no podrían existir sin el uso de nanomateriales lipídicos que protegen la molécula hasta que llegue a la célula. Este éxito tampoco debe ocultar lo que constituye el mayor cuello de botella de la nanomedicina: la dificultad de que nuevos desarrollos en el laboratorio alcancen al paciente.
Por áreas de aplicación las nanomedicinas pueden emplearse en tres campos principalmente: diagnóstico in vitro, diagnóstico in vivo y regeneración de tejidos.
Nanomateriales usados en medicina La nanotecnología emplea materiales a escala nanométrica, normalmente sintetizados por vía química, que, debido a su tamaño, interactúan con los sistemas biológicos a nivel molecular y pueden revolucionar el tratamiento de enfermedades por medio de la estimulación, respuesta, e interacción con sitios específicos para inducir respuestas fisiológicas mientras se minimizan los efectos secundarios. En la actualidad existen aproximadamente cien productos nanotecnológicos aplicables en nanomedicina y disponibles en el mercado. Son utilizados en terapias contra el cáncer, la hepatitis y las enfermedades infecciosas; como anestésicos, para el tratamiento de problemas cardiovasculares, en trastornos inflamatorios e inmunológicos; en patologías endocrinas, en enfermedades degenerativas y en muchos otros casos.
Liposomas y micelas Los liposomas son el tipo de nanopartículas con un uso más amplio en aplicaciones médicas. Estas partículas consisten en dos principales componentes: un núcleo acuoso rodeado por una membrana fosfolípida. El núcleo acuoso provee un comportamiento interno en el que puede ser transportada alguna carga. La membrana fosfolípida provee un recubrimiento que aísla los compuestos en el compartimento interior de los agentes que puedan degradarlos.
Este tipo de sistemas ya están en uso en pruebas con humanos. Por ejemplo, liposomas que contienen doxorrubicina han sido aprobados por la FDA para tratamiento de cáncer de ovario y múltiples mielomas. Se ha comprobado también que los liposomas magnéticos catiónicos poliméricos presentan gran estabilidad y circulación prolongada media vida más que los liposomas tradicionales, permitiendo el transporte de fármacos al cerebro.
Las micelas tienen similitudes con los liposomas ya que proveen también un ambiente cerrado que permite el secuestro de cargas que de otra manera estarían expuestas a distintos ambientes fisiológicos que llevarían a la degradación. Las micelas tienen una forma esférica con un núcleo hidrofóbico y una cubierta hidrofílica, esta cubierta permite que las micelas pasen a través de distintas membranas. La modificación superficial (recubrimientos) facilitan el transporte y facilidad de acceso de las micelas a sitios específicos del cuerpo como puede ser el cerebro.
Nanotubos de carbono
Los nanotubos son moléculas generalmente de un solo elemento formando un cilindro hueco; estas estructuras tienen un amplio rango de propiedades eléctricas, elásticas y térmicas. Los nanotubos de carbono son los más utilizados, descubiertos en 1991 por Sumio Iijima, son estructuras compuestas por hojas de grafeno enrolladas en una forma cilíndrica. Pueden tener unas o varias capas. Tienen un diámetro de uno o varios nanómetros y pueden ser tan largos como un milímetro.
Sus características son alta resistencia, elasticidad, baja toxicidad y fotoluminiscencia, además de un comportamiento que va desde la semiconductividad a la superconductividad.https://lamanobionica.wordpress.com/2013/04/04/nanotubos-de-carbono-aplicados-a-la-medicina/
Nanopartículas de oro
Las nanopartículas de oro están compuestas de clusters de átomos de oro preparados a partir de la reducción de sales de oro. Debido a los cambio de su resonancia de plasmon superficial, las nanopartículas de oro se pueden utilizar para ensayos colorimétricos. Por medio del control de la agregación de nanopartículas de oro se han podido detectar matrices de biomoléculas.
Puntos cuánticos Los puntos cuánticos son nanopartículas (nanocristales) semiconductores que cuando se exponen a la luz, emiten claramente colores diferentes dependiendo de su tamaño.Algunas aplicaciones de puntos cuánticos Tienen un amplio espectro de excitación, espectros de emisión estrechos, picos de emisión de fluorescencia sintonizables, tiempos de vida largos, y pueden ser conjugados a proteínas, anticuerpos y otras biomoléculas, lo que los convierte en sondas ideales para imagen médica. Los puntos cuánticos bioconjugados son muy buenas sondas y nano-vectores fluorescentes, por lo que son diseñados como dispositivos (o parte de ellos) de imagen médica. Su pequeño tamaño posibilita su introducción en células, e incluso el seguimiento de moléculas individuales.Los quantum dots (puntos cuánticos en español) Si bien su elevada toxicidad los hace más indicados para diagnóstico in vitro, mediante el uso de kits o point-of-care, evitando su administración in vivo.
Vesículas extracelulares Las vesículas extracelulares son nanopartículas segregadas naturalmente por las células que pueden atravesar fácilmente la barrera hematoencefálica cargadas con moléculas curativas.
Nanopartículas de óxido de hierro Las nanopartículas de óxido de hierro empleadas en nanomedicina pueden estar formadas por distintos tipos de óxidos, siendo los más comunes las magnetita y la maghemita. Las propiedades magnéticas de estas nanopartículas es lo que las convierte en uno de los nanomateriales más destacados en nanomedicina. Sus aplicaciones van desde el tratamiento de tumores mediante hipertermia magnética (lo cual está siendo probado ya en ensayos clínicos) a su empleo como sondas de imagen médica en distintas técnicas, como la imagen por resonancia magnética o la imagen de partículas magnéticas. Además, la posibilidad de ser modificadas con isótopos radioactivos abre la posibilidad de su uso en técnicas multifuncionales, como el PET/MRI.
Transporte de fármacos Los nanomateriales son llevados como estructuras específicas o como una combinación de estructuras, diseñadas para entregar terapéuticos intactos, a sitios específicos, con una mínima dosis y reduciendo los efectos secundarios. Estos materiales utilizan estructuras moleculares muy específicas que les permiten interactuar con neuronas o proteínas dentro de las células.
El uso de nanopartículas permite atravesar membranas citoplásmicas y nucleares para introducir material químico, biológico o genético en células determinadas. Apuntar a un tipo de célula involucra agregar dispositivos de reconocimiento de funciones a la partícula para que le sea posible entrar a las células seleccioandas.
Los sistemas nanoestructurados para el transporte de fármacos tienen muchas ventajas, entre ellas: Control de farmacinética: Las nanopartículas de pueden sintonizar variando su tamaño y propiedades superficiales a fin de tener una largos o cortos tiempos de residencia en el cuerpo y tejidos. Separación de la farmacocinética de la actividad terapéutica: Con nanopartículas, las moléculas activas con medicamento pueden sellarse y abrirse en el sitio específico de manera que la farmacocinética y la biodistribución puede ser controlada independientemente del tipo de terapéuticos utilizados. Capacidad de carga: Una nanopartícula puede guardar un gran número de moléculas de medicamento o siRNA para ser transportadas a una célula. Efectos de afinidad múltiple: Una sola nanopartícula puede ser construida para contener múltiples ligandos que permitan uniones multivalentes a membranas celulares. Combinación de efectos terapéuticos: Distintas intervenciones de imagenología y tratamiento se pueden llevar a cabo de manera simultánea y controlada con un solo tipo de nanopartícula. Efecto caballo de Troya: Las nanopartículas pueden cargar distintos medicamentos y llevarlos a través de barreras biológicas.
Liberación controlada La nanomedicina es una posible solución para el desarrollo de nuevos sistemas de liberación controlada de fármacos. La idea consiste en utilizar nanoestructuras que transporten el fármaco hasta la zona dañada y, solamente cuando han reconocido esta zona, lo liberen como respuesta a un cierto estímulo. Para ello es necesaria la previa encapsulación o desactivación de los fármacos para que no actúen durante su tránsito por el cuerpo, de forma que mantengan intactas sus propiedades físico-químicas y que se minimicen los posibles efectos secundarios en otras zonas del cuerpo. Una vez que el fármaco ha llegado a su destino, debe liberarse a una velocidad apropiada para que sea efectivo, lo cual se puede hacer mediante una variación de ciertas condiciones (pH o temperatura) en la zona dañada, o mediante el control preciso de la velocidad de degradación del material encapsulante.
Cáncer Nanopartículas magnéticas o ferrofluidos pueden ser utilizados para el transporte de fármacos controlado magnéticamente. Este tecnología está basada en unir determinados medicamentos anticancerígenos con ferrofluidos que concentran dicho medicamento en un área de interés (tumor) por medio de campos magnéticos. Separaciones de partículas magnéticas puede ser utilizada para separar las células cancerígenas de la médula ósea y otros tejidos.
Debido a las características fisiológicas que presentan los tumores sólidos, la nanomedicina ofrece la posibilidad de atacar al cáncer de forma más inteligente, esto gracias a la acumulación selectiva de nanopartículas terapéuticas en el tumor. Existen dos posibilidades que permiten la acumulación selectiva en tumores: la acumulación pasiva y la acumulación activa.
La acumulación pasiva de nanopartículas en tumores se fundamenta en el efecto de permeabilidad y retención aumentada (efecto EPR, Enhanced permeability and retention effect). Este fenómeno fue descrito por Maeda y colaboradores.