Cómo la nanotecnología está cambiando el futuro de la medicina

Hemos estado escuchando sobre nanotecnología durante mucho tiempo tanto en ciencia ficción como en los medios de comunicación, pero no ha llegado mucho de eso hasta ahora. Sin embargo, una nueva ola de terapias basadas en nanotecnología están en el horizonte y están listas para cambiar el mundo de la medicina..

La nanotecnología, un concepto tecnológico propuesto por primera vez por Richard Feynman en su conferencia de 1959, “Hay mucho espacio en la parte inferior”, fue popularizado por Erik Drexler en 1986 a través de su libro “Los motores de la creación.” El libro describió la posibilidad de máquinas de escala molecular autorreplicantes capaces de hacer ... prácticamente cualquier cosa.

La premisa ha inspirado muchas obras de ciencia ficción, incluida la de Michael Crichton “Presa” y excelente de Neil Stephenson “La edad del diamante.” El potencial de la nanotecnología tomó mucho tiempo para mostrar su cara, pero finalmente está comenzando a llegar en forma de sofisticadas intervenciones médicas que cambiarán profundamente la naturaleza de la atención médica en el futuro cercano..

Nanotecnología y medicina

El potencial de la nanotecnología, en el sentido Drexleriano completo, no tiene precedentes. Los verdaderos ensambladores universales, si podemos descubrir cómo construirlos, marcarán el comienzo de un cambio profundo en la condición humana. Por supuesto, hay un largo camino por recorrer. En muchos sentidos, ni siquiera estamos cerca. En otros aspectos, el progreso ha continuado de maneras sorprendentes, y útiles..

Ley de Moore ¿Qué es la Ley de Moore y qué tiene que ver con usted? [MakeUseOf explica] ¿Cuál es la ley de Moore y qué tiene que ver con usted? [MakeUseOf explica] La mala suerte no tiene nada que ver con la Ley de Moore. Si esa es la asociación que tenía, la está confundiendo con la Ley de Murphy. Sin embargo, no estaba lejos porque la Ley de Moore y la Ley de Murphy ... impulsa continuamente los avances en nanotecnología: ahora podemos fabricar transistores que existen literalmente en la nanoescala, con diámetros de cientos de átomos..

Del mismo modo en medicina, uno de los mayores problemas es nuestra incapacidad para dirigir correctamente las intervenciones. En medicina psicoactiva y psicología clínica 6 Alucinantes charlas TED sobre psicología y comportamiento humano 6 Alucinantes charlas TED sobre psicología y comportamiento humano El cerebro humano es complejo y confuso, lo que explica por qué el comportamiento humano es tan complejo y confuso. Las personas tienden a actuar de una manera cuando sienten algo completamente diferente. Aquí hay algunos ... por ejemplo, lo que los médicos realmente quieren hacer es estimular algunas regiones del cerebro y suprimir otras para resolver selectivamente cualquier problema que tenga el paciente. Es un simple accidente de la historia que la mejor manera de hacerlo en este momento es administrar medicamentos que, por cierto, de todas las formas en que cambian el cerebro y el cuerpo, tengan algunos de los efectos deseados..

Si los cirujanos pudieran poner cables en los cerebros de las personas y estimular selectivamente regiones específicas de manera segura, el campo de la salud mental podría evitar los efectos secundarios de las drogas psicoactivas tradicionales. La técnica básica ya se ha demostrado que funciona en la depresión, según un artículo en Neuron que resume varios ensayos clínicos diferentes..

Piense también en el cáncer: lo que los médicos realmente quieren, en oncología, es matar las células tumorales. Es lamentable que una de las mejores herramientas para matar células tumorales sea la quimioterapia, que tiene el desafortunado efecto secundario de matar células normales. Esto también enferma a los pacientes..

La nanotecnología ofrece una forma de dirigir las intervenciones en el cuerpo humano, potencialmente en un nivel de células individuales, utilizando elementos operativos inteligentes que son tan pequeños que no interfieren físicamente con la función normal del cuerpo. Los dedos finos causan menos daño, y las máquinas más pequeñas que los capilares más finos del cuerpo pueden ir a donde sea que vaya la sangre..

Si pueden hacerse lo suficientemente inteligentes, tales dispositivos nanomédicos pueden elegir juiciosamente dónde y cómo intervenir. Obviamente, será más posible cuando los ingenieros puedan construir robots que tengan comportamientos más sofisticados (como la capacidad de moverse bajo su propio poder), pero incluso las nanomáquinas relativamente primitivas de hoy tienen mucho valor..

Nanotecnología y Cáncer

Las cadenas de ADN personalizadas se construyen de manera que se plieguen en formas arbitrarias y puedan tener proteínas y enzimas unidas, lo que les permite comportarse de manera inteligente y responder a situaciones cambiantes en el cuerpo humano. Daniel Levner, un bioingeniero de Harvard, cree que este comportamiento es muy poderoso..

Los nanorobots de ADN podrían llevar a cabo programas complejos que algún día podrían usarse para diagnosticar o tratar enfermedades con una sofisticación sin precedentes.

Estas máquinas se pueden usar para construir jaulas que se pueden abrir o cerrar en respuesta a señales químicas, por ejemplo, liberando quimioterapia solo cuando se topan con marcadores de proteínas específicamente asociados con el tejido tumoral.

Esto permitirá la aplicación de quimioterapia dirigida, mientras minimiza o elimina los efectos secundarios. Esto también permitirá el despliegue de quimioterapias que son más efectivas que las terapias existentes, pero que actualmente no se pueden usar debido a la gravedad de los efectos secundarios..

Un enfoque similar pero diferente es usar pequeñas nanopartículas hechas de sílice y oro que se unen al tejido tumoral y saturan el tumor. Luego, se pueden aplicar láseres de infrarrojo cercano, que no interactúan mucho con el tejido humano, pero hacen que las nanopartículas de oro se calienten.

Este proceso permite que se incineren áreas específicas de tejido (las que están llenas de nanopartículas y en la trayectoria del láser). Al ajustar tanto el láser como la distribución de partículas, los médicos pueden destruir el tejido canceroso de manera muy selectiva. El tejido inmune puede ser extirpado o limpiado quirúrgicamente por el propio sistema inmune, dependiendo de la escala de la enfermedad. Una variación del procedimiento consiste en utilizar conchas de oro huecas que liberan una carga útil de quimioterapia cuando se calientan, lo que permite el uso de láseres para refinar aún más dónde se implementan los medicamentos (si las proteínas marcadoras de tumores no son lo suficientemente específicas).

Nanotecnología y Diagnóstico

Otra área en la que la nanotecnología tiene el potencial de revolucionar el campo médico es la recopilación de datos médicos. Con la nanotecnología, es posible distribuir dispositivos de diagnóstico a nanoescala en todo el cuerpo que detectan cambios químicos a medida que ocurren. Esto puede permitir un seguimiento más cercano en tiempo real de la salud y el estado de un paciente de maneras que de otra manera no serían posibles..

Fuera del cuerpo, la nanotecnología también se puede usar para acelerar la secuenciación de genes y el análisis químico mediante el uso de puntos cuánticos unidos a secuencias parciales de ADN o proteínas que se unen a otros materiales en los que los médicos están interesados. Luego, puede observar la distribución de elementos brillantes para ver lo que estaba presente en la muestra.

Potencialmente, esto podría hacer que sea más rápido, más barato y más confiable realizar ciertos tipos de pruebas fuera del cuerpo: puede crear pruebas que tomen una pequeña muestra de tejido y la secuencian para obtener fragmentos del genoma del VIH, detectando infecciones antes y de manera más confiable. Los investigadores de Stanford han utilizado esta técnica para buscar genes dañados comunes en ciertos tipos de cáncer, como una forma de detectar más rápidamente el tejido tumoral:

Debido a que los qdots pueden rastrear la presencia de múltiples moléculas durante un período prolongado de tiempo, los investigadores pretenden usarlas para generar una especie de código de barras óptico que refleje los niveles de varios marcadores tumorales. El código de barras podría indicar el tipo de tumor y el estadio..

A la larga, si los desarrolladores de nanotecnología pueden continuar miniaturizando las piezas (o tomando prestadas técnicas de fabricación de microchips), podrían construir cámaras microscópicas simples, más pequeñas que el diámetro de un capilar (10 micras, o alrededor de 100,000 átomos de ancho). Estas cámaras podrían mapear todo el cuerpo, llamando a casa los resultados.

Todos esos datos, sintetizados juntos, podrían proporcionar un mapa completo de la mayoría de los tejidos del cuerpo humano, desde la perspectiva de sus capilares, mostrando un cuerpo humano completo en un nivel de detalle que es imposible con rayos X o MRI. Una propuesta para construir algo como esto es la llamada “Nanodispositivo de escaneo cartográfico vascular”, desarrollado por Frank Boehm, autor de 'Diseño de dispositivos y sistemas nanomédicos'. Boehm cree:

El diagnóstico y la terapéutica nanomédicos operan a niveles celulares y moleculares, precisamente donde muchos procesos de enfermedades encuentran su génesis [...] [N] la anomedicina tiene el potencial de diagnosticar y tratar muchas afecciones de forma preventiva, antes de que tengan la oportunidad de proliferar. [...] [I] t es concebible que estarán imbuidos de capacidades para el diagnóstico altamente preciso y la erradicación meticulosa y completa de prácticamente cualquier estado de enfermedad, amenaza patógena o tóxica..

Nanotecnología y Neurociencia

La nanotecnología también tiene el potencial de cambiar la forma en que los médicos tratan los trastornos cerebrales. En el lado de la recopilación de datos, puede ser posible utilizar partículas de diamante a nanoescala, que se iluminan en respuesta a la actividad eléctrica del cerebro, para convertir la actividad cerebral en frecuencias de luz que podrían escapar del cráneo y ser registradas por agentes externos. sensores.

Esto permitiría a los investigadores estudiar el cerebro con mucho mayor detalle. Ser capaz de ver patrones exactos de actividad cerebral sería útil para descubrir la dinámica de las convulsiones y las enfermedades mentales en cerebros individuales, lo que permitiría intervenciones específicas para resolver el problema..

Por otro lado, puede ser posible usar nanotubos de carbono para transportar señales hacia y desde las neuronas individuales. En este momento, los investigadores italianos están aplicando la tecnología para transportar actividad eléctrica a través del tejido cerebral muerto que dejan los derrames cerebrales o las infecciones, pero también podría usarse para hacer redes de electrodos que son mucho más finas y biocompatibles que la tecnología existente, lo que permite implantes más sofisticados y menos daño al tejido original.

Esto podría, en principio, operar a una resolución mucho más alta y en un alcance más amplio que los electrodos implantados tradicionales, permitiendo nuevos tipos de implantes cerebrales Conectando su cerebro y cuerpo: el futuro de las computadoras implantadas Conectando su cerebro y cuerpo: el futuro de Computadoras implantadas Con la tendencia actual de innovación técnica y avance, ahora es un buen momento para explorar el estado del arte en tecnologías informáticas-humanas. y dispositivos estimulantes del cerebro. Incluso con la implantación de electrodos relativamente tosca disponible en la actualidad, los efectos de la estimulación cerebral son significativos:

Alternativamente, es posible usar las mismas técnicas que se usan para la quimioterapia de nano-administración para administrar otras sustancias químicas, como neurotransmisores y medicamentos psiquiátricos a regiones específicas del cerebro con mucha más precisión (incluida la administración de medicamentos dentro de las células individuales). Junto con mejores marcapasos neurales, esto también podría extenderse a una gama mucho más amplia de terapias, incluido el tratamiento para la depresión, la ansiedad e incluso los trastornos de la personalidad..

Este tipo de terapia también podría usarse para crear interfaces más estrechas con dispositivos protésicos y proporcionar más opciones de comunicación a pacientes 'encerrados'.

Este tipo de tecnología dirigida con precisión podría cambiar radicalmente la forma en que se practica la medicina neurológica. Podría conducir a la medicina psiquiátrica que se basa en datos y se basa en una intervención directa que es mucho más efectiva y mucho más perturbadora existencialmente (imagine el primer virus informático que puede infectar los implantes cerebrales reguladores del estado de ánimo).

A medida que avanza, la nanotecnología tendrá un profundo impacto en la condición humana, lo que nos permitirá reparar el daño celular y tratar una variedad de afecciones humanas de formas nuevas y mejores, pero también conlleva la necesidad de una mayor comprensión de los sistemas del cuerpo. que estamos manipulando, así como una apreciación de la ética que conlleva.

¿Cuál es su opinión sobre la nanotecnología en medicina?? ¿Sientes que es la nueva frontera para la ciencia médica, o está condenado al fracaso desde el principio? Comparte tus pensamientos en la sección de comentarios a continuación.

Créditos de imagen: Nanobots Via Shutterstock, “El ADN puede actuar como velcro para nanopartículas,”, por Argonne National Labs, “B0006421 Células de cáncer de mama“, por Amy Dame, “Puntos cuánticos“, por Argonne National Labs, “estudio de neuroimagen del autismo“, por Ian Ruotsala, “vida-mano 2“, por Università Campus Bio-Medico di Roma