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UNIVERSIDAD ECOTEC
Tecnología medica
Avances tecnológicos de nanotecnología
Gabriela Prado
2011
Contenido
Introducción .........................................................................................................................................3
EVOLUCIÓN DE LA TECNOLOGÍA EN LA MEDICINA (e impacto de ésta en la sociedad
médica) ............................................................................................................................................3
TOMOGRAFÍA COMPUTARIZADA (tomas con rayos X) ................................................................4
Introducción ...................................................................................................................................... 10
Nano medicina .............................................................................................................................. 10
Pros y contras de la nanotecnología ................................................................................................. 11
Nanotecnología y nuevos tratamientos para el cáncer .................................................................... 12
Nanotecnología para aprehender a nadar........................................................................................ 14
Investigación con células madre para trasplantes de órganos. ........................................................ 15
Ultimas avances científicos con nano sensores ................................................................................ 17
Avances en la medicina: broncoscopios del futuro. ......................................................................... 18
Los nanotubos de carbón ofrecen nuevas técnicas de terapia genética .......................................... 20
Las nano partículas podrían reemplazar a los antibióticos............................................................... 22
Nanogeneradores de dedos .............................................................................................................. 24
Conclusiones ..................................................................................................................................... 26
.
Introducción
Han pasando alrededor de 2,500 años desde que se fundó la primera
Escuela de Medicina Occidental. Muchos han sido los médicos e
investigadores que han ido desde la anestesia a la vacuna, pasando por el
endoscopio y los antibióticos. Numerosos han sido los inventos y
descubrimientos que se han producido en el último siglo y medio y que han
permitido sentar las bases de la actual ciencia médica.
Estos avances para muchos han pasado inadvertidos debido al ritmo tan
acelerado que le ha dado la tecnología. Hace sólo unos ciento cincuenta
años parecía casi un sueño realizar una operación quirúrgica sin que el
paciente sufriera. Hoy en día estas intervenciones resultan menos
traumáticas y los periodos postoperatorios se han reducido notablemente
gracias a la presencia de la tecnología en el ejercicio de la medicina.
Se han aplicado cada vez más y más tecnologías para lograr las condiciones
óptimas para cualquier intervención quirúrgica. Finalmente, se llegó a utilizar
los avances no sólo para curar sino también para prevenir las enfermedades;
y posteriormente para todo tipo de investigación médica, la cual gracias a la
tecnología ha realizado importantes descubrimientos. Los expertos se han
ocupado de la incorporación de los avances tecnológicos en la práctica de la
medicina, por lo que se prevé un cambio radical de la ciencia médica en el
futuro.
EVOLUCIÓN DE LA TECNOLOGÍA EN LA MEDICINA (e impacto de ésta
en la sociedad médica)
En la línea del tiempo varios son los avances tecnológicos desde la
medicina:

1895 W. C. Roenteng descubre los rayos X, los cuales luego fueron
mejorados, como se mencionará posteriormente;

1921 por primera vez se utiliza un microscopio en una operación;
actualmente en vez de microscopios, se utiliza la técnica “endoscopia”
para realizar cualquier intervención quirúrgica demasiado pequeña
para la vista humana. Esta técnica permite revisar tejidos por medio de
una minúscula lamparita colocada al borde de un delgado alambre
elaborado con fibra óptica. Gracias a la endoscopia se han podido
realizar cirugías con la menor agresividad hacia el paciente, ya que
antes se requería de una abertura grande y ahora solamente hay que
realizar un pequeño corte.

1942 se utiliza por primera vez un riñón artificial para la diálisis; este
sistema de órganos artificiales se ha desarrollado significativamente
por todo el mundo y tiene un importante auge. Miles de personas en la
actualidad reciben diariamente trasplantes artificiales. Sin embargo, la
técnica aún está limitada, ya que no se han logrado crear, por
ejemplo, intestinos, hígados, etcétera;

1952 P.M. Zoll implanta el primer marcapasos; son dispositivos
eléctricos que hacen latir el corazón descargando impulsos eléctricos,
que reemplazan el propio sistema de control del corazón. Consiste en
una cajita de poco peso que se implanta debajo de la piel. La cajita
lleva una batería de litio que dura más de 10 años.

1953 se obtiene el modelo de la doble hélice del ADN; se puede
señalar que este descubrimiento revolucionó tanto la medicina como
nuestra manera de pensar. En el año de 1991 se inició un programa,
Análisis del Genoma Humano, que tiene como principal objetivo
descifrar el código genético humano. Hasta la fecha se han
identificado cerca de 18,000 genes. En un futuro, gracias a las nuevas
computadoras, cada vez más especializadas, se identificará un gen
cada hora.

1967 primer trasplante de corazón entre humanos. Hoy en día, estos
trasplantes, gracias a la aplicación de la tecnología, es una operación
relativamente sencilla. El riesgo ha disminuido notablemente.

1978 primer bebé concebido in Vitro, es decir: se unieron óvulos y
espermatozoides en un medio de cultivo propiciado en probeta. Esta
manera de concebir aún no es muy popular, aunque en los últimos
años, se ha comenzado a realizar con más frecuencia.
TOMOGRAFÍA COMPUTARIZADA (tomas con rayos X)
Hace no demasiados años, el diagnóstico y la programación del tratamiento
(cirugía, fármacos, etc.) para desórdenes en los tejidos blandos (cerebro,
hígado, etc.) se hacían mediante procedimientos invasivos y técnicas de
aplicación de rayos X, que brindan una imagen en dos dimensiones, donde
los órganos aparecen comprimidos o aplastados en la placa. Actualmente, se
aplican nuevos procedimientos:

Scanner TAC (Tomografía Axial Computarizada): consiste
básicamente en una parrilla de rayos X independientes que atraviesan
al paciente. Su funcionamiento mecánico se realiza a través de
emisores y detectores que giran simultáneamente y, al realizar una
revolución completa, se envían los datos a una computadora que los
analiza. De la cuadrícula formada, con los emisores y detectores, a
cada una se le asigna un tono gris de tal manera que se logra la
imagen de un corte en rebanadas del paciente. Mediante el avance
del paciente en el tubo radiológico se realizan cortes sucesivos hasta
obtener una imagen prácticamente tridimensional.

Scanners volumétricos: realizan una obtención de datos constante.
Para lograrlo, hacen que el paciente se mueva a lo largo del túnel y
mediante la rotación continua del tubo se obtiene una imagen continua
en forma de hélice, la cual es procesada por la computadora,
obteniendo así una imagen tridimensional continua.

Angiografías por sustracción digital: Se obtienen imágenes de los
vasos sanguíneos por medio de técnicas numéricas. Para la técnica
normal de rayos X, estos vasos son casi invisibles, sin embargo esta
técnica realiza una primera toma radiográfica sin contraste de la zona
bajo estudio, lo que ofrece una perspectiva de toda la estructura
orgánica, que se almacena en la memoria de la computadora.
Después se inyecta yodo al flujo sanguíneo del paciente y se hace
una segunda imagen toma de contraste, que refleja el flujo sanguíneo.
A esta toma se le restan las imágenes quedando solamente los vasos
sanguíneos. Con esta técnica se llega a tener una resolución tal que
se pueden ver vasos de un milímetro de diámetro.
No hay duda que las técnicas desarrolladas alrededor de la TAC han
revolucionado la forma de diagnóstico de muchas enfermedades y sobre
todo de lesiones en tejidos blandos. No se podría imaginar tener en la
actualidad un hospital sin éste tipo de equipos.
RESONANCIA MAGNÉTICA NUCLEAR
Esta técnica es ideal para la detección de tumores muy pequeños, que
pueden resultar invisibles para la técnica tradicional por rayos X. La RMN
está basada en las alteraciones magnéticas que sufren las moléculas de
agua en el organismo. Las imágenes se obtienen de la siguiente manera:
moléculas de hidrógeno del agua actúen como micro imanes, haciendo que
éstos se alineen en una misma dirección. Al mismo tiempo se les bombardea
con impulsos de radiofrecuencia haciendo que los núcleos atómicos se
desorienten. Sin embargo, si la radiofrecuencia se corta, los átomos vuelven
a su alineación original, emitiendo una señal muy débil.
que tardan los átomos de hidrógeno en retornar a su posición de estado de
equilibrio, creando con esta información una imagen bidimensional del
órgano o sección del cuerpo observada. Como este tiempo de retorno no es
el mismo entre los núcleos atómicos de los diferentes tejidos se puede
aprovechar este hecho para distinguir entre los tejidos.
tono gris a cada tipo de tejido para formar imágenes más nítidas de los
diferentes órganos bajo observación. Esto sirve para la identificación de
tejidos cancerosos, ya que el agua contenida en un tumor difiere totalmente
de la de un tejido normal.
ECONOGRAFÍA
Esta técnica se ha ido popularizando y es también conocida como
Diagnóstico por Ultrasonidos. Los ultrasonidos son vibraciones acústicas
emitidas por un cristal piezoeléctrico que es capaz de transformar vibraciones
en impulsos eléctricos y viceversa. Así, al estimularse eléctricamente al
sensor, éste emite vibraciones que viajan hasta el órgano bajo estudio y
rebotan del cuerpo hacia el sensor. Una computadora colecta estos ecos
transformándolos en imágenes. Se utiliza un gel especial para asegurar un
mejor contacto con la piel del paciente y así obtener imágenes más nítidas.
La econografía permite apreciar diferencias en la densidad de un órgano, a
diferencia de los rayos X que sólo aportan datos sobre el contorno y forma
del mismo. Una de las limitaciones de éste tipo de diagnóstico es que no
puede ser utilizada en el diagnóstico pulmonar.
En la forma tradicional de diagnóstico Econográfico las imágenes son
estáticas. Sin embargo, gracias al fenómeno Doppler, es posible obtener
imágenes con movimiento. Este fenómeno es utilizado para detectar
movimiento y es el mismo que utilizan muchos equipos de medición en la
industria. Consiste en enviar una señal acústica sobre una partícula en
movimiento y medir el tiempo del rebote de dicha señal para calcular la
velocidad de dichos objetos. Esta técnica sirve incluso para crear imágenes
vasculares completas.
Un aspecto negativo de la econografía es que su interpretación es muy
ardua, lo que a veces lleva a los médicos a cometer errores fatales, que
luego conduce a funestas consecuencias.
En la Obstetricia es donde más impacto ha tenido ésta tecnología ya que el
liquido amniótico es un medio perfecto para la propagación de sonidos de
altas frecuencias.
CLASIFICACIÓN DE LAS TECNOLOGÍAS MÉDICAS
Una forma común de clasificar a las tecnologías médicas es la siguiente:

Tecnologías de diagnóstico: permiten identificar y determinar los
procesos patológicos por los que pasa un paciente. Ej.: TAC;

Tecnologías preventivas: protegen al individuo contra la enfermedad.
Ej.: mamografía;

Tecnologías de terapia o rehabilitación: liberan al paciente de su
enfermedad o corrigen sus efectos sobre las funciones del paciente.
Ej. Láser de dióxido de carbono (en cáncer de piel, odontología, y
cortes quirúrgicos)

Tecnologías de administración y organización: permiten conducir el
otorgamiento correcto y oportuno de los servicios de salud. Ejemplo:
microprocesadores genéticos.
LA APLICACIÓN DE LOS MICROPROCESADORES A LA MEDICINA
El microprocesador, o micro, es un circuito electrónico que actúa como
unidad central de proceso de un ordenador, proporcionando el control de las
operaciones de cálculo. Los microprocesadores también se utilizan en otros
sistemas informáticos avanzados, como impresoras, automóviles y aviones; y
para dispositivos médicos, etc. El microprocesador es un tipo de circuito
sumamente integrado. Los circuitos integrados (chips) son circuitos
electrónicos complejos integrados por componentes extremadamente
pequeños formados en una única pieza plana de poco espesor de un
material semiconductor.
Los siguientes son ejemplos de cómo éstos han sido aplicados en la
medicina:

El "microprocesador de genes": realiza pruebas para saber cómo
reaccionan las personas a los fármacos. Incluye el perfil genético de
una persona para determinar cómo reaccionará y si se beneficiará o
no de un determinado tratamiento farmacológico. Un microprocesador
de genes es una especie de placa de vidrio del tamaño de la uña del
dedo pulgar que contiene secuencias de ADN que se pueden usar
para revisar miles de fragmentos individuales de ADN de ciertos
genes. El uso de los chips para la mejor aplicación de fármacos podría
mejorar su valor terapéutico y reducir los costos de atención de la
salud. Se calcula que 25 millones de personas en todo el mundo se
beneficiarán de la prueba previa al tratamiento farmacológico, en un
futuro cercano.

Un microprocesador implantado bajo la retina permite a los ciegos
percibir de nuevo la luz y distinguir formas. El implante está constituido
por un microprocesador del tamaño de la cabeza de una aguja que
comprende 3.500 fotopilas que convierten la luz en señales eléctricas
enviadas al cerebro por el nervio óptico. Sin embargo, la duración y
fiabilidad a largo plazo del método llamado 'Artificial Silicón Retina'
todavía se desconoce.
Según Papadopoulus, director del Sun (laboratorio de tecnología), la actual
generación de procesadores será sustituida por computadoras basadas en
un chip único; en vez de un microprocesador, un microsistema que contará
con tres conexiones (para la memoria, para la red y para otros
microsistemas). Con el paso del tiempo, cada chip no sólo podrá contener un
sistema individual, sino varios sistemas que podrán funcionar de manera
independiente, en una “micro red”.
OTRAS IMPLEMENTACIONES DE LA TECNOLOGÍA EN LA MEDICINA
Respirador Artificial:
Desfibrilador:
Clonación genética:
CONCLUSIONES
Es evidente que la medicina ha sufrido una gran mejoría en el último siglo
gracias a la implementación y modernización de la tecnología, ya sea
maquinaria pesada, tales como un respirador artificial; o refinada, como los
chips y la endoscopia. Esta modernización ha posibilitado que hoy en día se
puedan realizar todo tipo de intervenciones quirúrgicas con el menor grado
de invasión y molestia de parte del paciente; así como también las ha
facilitado, reduciendo los riesgos.
No cabe duda de que la calidad de vida ha progresado mucho a causa de la
tecnología médica, no solo desde el punto de vista físico (el nivel de
mortalidad, y mortalidad infantil ha disminuido marcadamente), sino también
desde la manera de pensar del ser humano, puesto que muchos
descubrimientos han dado explicación a dudas existenciales y enigmas tales
como: ¿de dónde vienen las diferencias entre los seres y las similitudes entre
familiares?
Ha dado fin a numerosas enfermedades fatales, ha llevado esperanza a
millones de personas en todo el mundo con necesidades urgentes, como el
trasplante de un órgano. Personas que hace cincuenta años no tenían arma
alguna contra enfermedades como el cáncer de mama, ahora pueden
combatirlo abiertamente y poseen grandes probabilidades de triunfar.
Posiblemente, en un futuro no tan lejano, la tecnología permita el
descubrimiento de nuevos tratamientos contra enfermedades que en la
actualidad son prácticamente incompatibles.
Claro que también se pone en duda ciertos métodos médicos como el aborto,
que aunque implementados antes, ahora se practica con mucha más
frecuencia por el desarrollo tecnológico que lo ha convertido en una
alternativa sin riesgo (para la madre). A tal punto es esto verdad, que en
ciertos países se utiliza como método anticonceptivo. En España, más del
cincuenta por ciento de las mujeres se somete a por lo menos dos abortos a
lo largo de su vida fértil.
La clonación, sistema no legalizado en los seres humanos, sigue teniendo la
mayoría de la población en contra, no sólo por su gran poder polémico, sino
también por el gran peso económico que conlleva.
La eutanasia es legal. ¿Es moral? Sigue siendo una pregunta sin respuesta.
Es evidente que gracias a la tecnología se ha podido mantener con vida a
miles de personas que podrían haber muerto hace mucho tiempo. La
pregunta es: si alguien tiene el poder de conseguir que una persona viva, en
contra de las leyes naturales, ¿se puede considerar que tiene el poder para
decidir que muera? La tecnología dice: sí. La gente…en tela de juicio.
Introducción
Nano medicina
Una de las vertientes más prometedoras dentro de los potenciales nuevos
avances tecnológicos en la medicina. Podríamos aventurar una definición
situándola como rama de la nanotecnología que permitiría la posibilidad de
curar enfermedades desde dentro del cuerpo y al nivel celular o molecular.
Se considera que determinados campos pueden ser objeto de una autentica
revolución, especialmente: monitorización (imágenes), reparación de tejidos,
control de la evolución de las enfermedades, defensa y mejora de los
sistema biológico humano; diagnóstico, tratamiento y prevención, alivio del
dolor, prevención de la salud, administración de medicamentos a las células,
etc. etc. Todos ellos constituirían nuevos avances tecnológicos en la
medicina que la posicionarían en una nueva era científica y asistencial.
La descripción de algunos últimos avances científicos lleva a lo que hace
poco sería considerado ciencia ficción dentro de la Medicina. Biosensores,
nuevas formas de administrar medicamentos más directas y eficaces y el
desarrollo de nuevos materiales para injertos, entre otras, son algunos de los
avances en lo que se trabaja en la actualidad en multitud de laboratorios de
los centro de nanotecnología en todo el mundo.
Pros y contras de la nanotecnología
La ciencia y la tecnología son evidentemente entes sociales por el hecho
mismo de pertenecer a la sociedad. Sin embargo, desde siempre los
individuos que conforman la sociedad se han visto en la necesidad imperiosa
de cuestionarse sobre los beneficios o los impactos negativos que tal o cual
invento o desarrollo tecnológico pudiera tener sobre la sociedad misma. Así,
los potenciales desarrollos nano tecnológicos, como toda nueva tecnología
que aparece en el mercado, son obviamente susceptibles a este tipo
evaluación relativa a las implicaciones sociales de su uso. Son numerosos
los ejemplos de tecnologías con buena reputación de origen que luego son
unánimemente rechazadas, y viceversa. En general, cuando aparece una
nueva tecnología es inmediatamente exhibida para resaltar los beneficios
que su aplicación pudiera aportar a la sociedad. Sin embargo, a medida que
se va conociendo un poco más sobre ella misma, comienzan a aparecer sus
aspectos negativos y con ellos sus más fieros detractores. Es en la época
actual que los medios masivos de comunicación pueden erigirse jueces para
evaluar las bondades o lo perjuicios potenciales de las nuevas tecnologías.
El problema principal radica en que a menudo las visiones sobre el nuevo
objeto de crítica se polarizan al extremo y para el público que recibe estas
opiniones es difícil crearse su propia idea para encontrar el equilibrio entre
los pros y los contras.
Así ha sucedido históricamente con las aplicaciones en el ámbito de la
energía nuclear, con el uso de los diversos tipos de radiaciones, y más
recientemente con la aparición de los organismos genéticamente
modificados, la clonación y la ingeniería genética, por mencionar sólo
algunos casos.
Nanotecnología y nuevos tratamientos para el cáncer
Según un artículo en Technology
Review, esta semana por primera
vez un equipo de investigación de
la empresa Nanospectra
Biosciences (un spinoff de la Rice
University) ha logrado un avance
científico que permitirá crear una
"bala mágica", algo que los
investigadores trabajando en
tratamientos contra el cáncer
Figura 1
llevan años intentando desarrollar.
La idea es crear un tipo de bala
que selecciona y destruye células cancerígenas.
El equipo de Nanospectra ha logrado desarrollar nano partículas de cristal
bañadas en oro capaces de invadir un tumor y, cuando se calientan a través
de un sistema remoto, capaces de destruirlo.
La clave del alto grado de efectividad de este nuevo avance se deriva de las
dimensiones de las partículas. Las nano partículas tienen un diámetro de 150
nanómetros, que según el equipo de Nanoespectra, es el tamaño ideal para
que puedan atravesar los vasos sanguíneos agujereados de un tumor. Esto
podría permitir que las partículas se acumulasen en el tumor más que en
otros tejidos. Cuando se dirigen rayos de luz infrarrojos a la localización del
tumor, bien desde el exterior, o bien a través de una sonda, las partículas
absorben la luz y se calientan. El resultado es que los tumores se calientan
más que los otros tejidos alrededor, y se mueren.
En el primer estudio realizado por la empresa, los tumores en ratones
injertados con las nano partículas desaparecieron a los seis días después de
aplicarles el tratamiento de los rayos infrarrojos.
Aunque la aplicación de rayos infrarrojos de luz ha sido utilizada en el campo
de la medicina como una herramienta para mostrar imágenes, este nuevo
avance científico supone la primera vez que se aplican rayos infrarrojos para
calentar a los tejidos.
En teoría, este nuevo avance tecnológico podría ayudar a eliminar aquellos
tumores que caracterizan el cáncer de pecho, próstata y pulmón. La
nanotecnología se sumaría así a otros tratamientos contra el cáncer más
convencionales como la quimioterapia y la radioterapia. Y, según el
presidente de Nanospectra Donald Payne, este nuevo método sería una
"herramienta mucho menos tóxica para la caja de herramientas de los
cirujanos".
Según la versión digital de MIT Technology Review hoy, un nuevo modelo
matemático de movimiento podrá ayudar a desarrollar nano aparatos
capaces de moverse por líquidos. Esto sería un gran paso para aquellos
científicos actualmente investigando nuevas formas de transportar por el
cuerpo tratamientos contra el cáncer, directamente hacia el tumor, o de
transportar aparatos capaces de deshacer un coagulo directamente al lugar
del coagulo en cuestión.
figura 2
Nanotecnología para aprehender a nadar
Para lograr un avance tan importante para la
medicina, científicos deben solucionar el
problema de cómo lograr que los nano
aparatos necesarios para transportar estas
cosas tengan capacidad para moverse a través
de fluidos. A diferencia de los objetos de tamaño normal, la viscosidad tiene
más impacto sobre los movimientos de un nano
Figura 2
objeto en un líquido que la inercia. El autor del
artículo de Technology Review compara el esfuerzo de lograr transportar un
micro objeto por al agua con el esfuerzo de nadar en miel. Cuando se trata
de nano objetos, la dificultad es mucho mayor.
Para poder desplazarse por un líquido, un nano objeto necesita lograr un
movimiento no recíproco, algo muy difícil de reproducir a nano escala. Pero
dos matemáticos de Irán, Ali Najafi y Ramin Golestanian, acaban de
proponer una solución que simplemente requiere recortar o alargar dos palos
rígidos. Su modelo consiste en tres esferas, conectadas por dos estructuras
tipo palo. En un ciclo de movimiento, se recorta el brazo izquierda y el brazo
derecha, y luego se alarga ambos. El resultado es una serie de grandes
movimientos hacia la derecha y pequeños movimientos hacia la izquierda.
Ver
El atractivo de este nuevo modelo es su sencillez aunque quedan por
resolver cuestiones tales como cómo conectar las formas y cómo superar el
problema del Brownian Motion.
Investigación con
células madre para
trasplantes de órganos.
Un
equipo
de
investigadores del MIT ha
desarrollado una nueva
tecnología
potenciar
que
la
podría
capacidad
científica de crear tipos
específicos
de
partiendo
de
células
células
madre embrionarias hES (más conocidas por el público en general por su
papel en la ingeniería genética, los procesos de clonación y las
investigaciones del genoma humano). Este avance tecnológico tiene
implicaciones
Figura 4
importantes
muy
para
la
creación de órganos para trasplantes y para otras aplicaciones dentro del
campo
de
ingeniería
de
tejidos
y
biotecnología.
Los científicos han logrado identificar un método sencillo para la producción
de poblaciones puras de células epiteliales a través de las células madre
embrionarias. Las células epiteliales pueden utilizarse en la producción de
piel
sintética.
Es conocido desde hace tiempo el potencial de las células madre
embrionarias hES para la diferenciación dentro de una variedad de células
especializadas, y para generar TODOS los diferentes tipos celulares del
cuerpo - no en vano se llaman células pluri potenciales. El reto actual de los
investigadores especializados en este campo es cómo materializar su
potencial en hechos. Algunos factores influyen el comportamiento de las
células madre embrionarias, entre ellos los materiales utilizados en la
cultivación de células fuera del cuerpo. Las investigaciones actuales se
centran
en
este
tema.
Según Profesor Robert Langer del MIT "Hasta ahora no hemos dispuesto de
una manera fácil y rápida que nos permitía asesorar cómo un material
afectaría el comportamiento celular". La nueva técnica desarrollada por su
equipo no solo es rápida, sino también permite a los científicos hacer
pruebas con cientos de miles de distintos materiales a la vez, a través de una
miniaturización del proceso.
Los científicos han desarrollado una nueva tecnología robótica que deposita
más de 1.700 puntos de biomateriales sobre la plaquita que se pone debajo
del microscopio y que mide solo 25m por 75mm.
Se pueden preparar unas 20 de estas plaquitas en un día. Al exponerlos a la
luz ultravioleta, los puntos de materiales se ponen rígidos y listos para ser
implantados por células madre embrionarias o células. A continuación cada
micro-muestra se puede colocar en distintas soluciones y diversas
condiciones durante la fase de incubación.
Otra ventaja de este método innovador es que funciona con un número
mínimo de células madre embrionarias. La producción de células madre
embrionarias es muy costosa y laboriosa.
Ultimas avances científicos con nano sensores
La empresa biofarmaceutica
canadiense, acaba de anunciar que uno
de sus equipos de investigación ha
logrado un nuevo avance en el campo
de la detección y cuantificación de
pequeñas cantidades de bacteria.
Biophage es una empresa especializada
en el desarrollo de nuevas terapias y
diagnósticas médicas basadas en su
experiencia dentro del campo de la
Figura 5
inmunología y terapia phage.
A través de una nueva tecnología aplicada a sus nanos sensores, Biophage
ha desarrollado un nano sensor capaz de detectar un número muy reducido
de bacteria - de 5 a 10 - en 1ml de muestra líquida.
Al ser capaz de detectar una cantidad tan pequeña de bacteria de forma muy
rápida, esta nueva tecnología nano sensor podría convertirse en una
herramienta útil en el control del medio ambiente y la defensa de nuestro
diasistema. Según la presidenta de Biophage, este ultimo avance supone un
nuevo hallazgo para la cuantificación de bacteria en una muestra líquida.
La nueva plataforma se basa en innovaciones en la espectroscopia de
impedancia (EI) y la nanotecnología, y consiste en una técnica sencilla y sin
etiquetas que requiere muy poca manipulación de la muestra. Se puede
aplicar al estudio de toxicidad entre otras cosas.
Avances en la medicina:
broncoscopios del futuro.
El cuarto mejor patente del año 2003,
según MIT Technology Review, es un
sistema para poder seguir visualmente
la ubicación de los broncoscopios
utilizados en biopsias pulmonares. Esto
permite realizar biopsias mucho más
seguras y menos invasivas que el
sistema actual.
Cada año unas 3 millones de personas se someten a una biopsia pulmonar.
Al ser posible, los médicos utilizan broncoscopios para realizarla, un aparato
Figura 6
minúsculo que lleva una pequeña
cámara y unas pequeñas herramientas
quirúrgicas. Este sistema permite mínimo riesgo y trauma para el paciente.
No obstante, muchas veces el tumor sobre la que hay que practicar la
biopsia se encuentra en la parte más profunda del pulmón, en un laberinto de
conductas respiratorias y resulta imposible llegar a el con el broncoscopio. La
solución alternativa es una intervención quirúrgica a través de una incisión en
el pecho, una intervención que aumenta el peligro de que se colapse un
pulmón, se infecte o, incluso, se muera el paciente.
Pero uno de los últimos avances tecnológicos en el campo de la medicina, es
un nuevo proceso que permite al broncoscopio entrar en las profundidades
del pulmón. El sistema empieza con tecnología existente que crea imágenes
del pulmón en 3-D a partir de ecografías tipo CT.
La novedad de este avance es que es posible obtener datos sobre la
situación del broncoscopio dentro del pulmón, y luego contrastarlos con la
imagen en 3-D. Un sensor en la punta del broncoscopio informa sobre su
situación a una antena sobre una tabla que está colocada debajo del
paciente.
Luego un programa traslada la situación exacta del broncoscopio a la imagen
virtual en 3 dimensiones, permitiendo que el cirujano pueda ver exactamente
donde se encuentra el broncoscopio y guiarlo por través de las vías
respiratorias más pequeñas hasta el tumor y evitando la necesidad de
recurrir a una intervención quirúrgica para realizar la biopsia. Según las
primeras predicciones, este avance tecnológico una vez comercializado,
evitará casi un millón de casos de cirugía pulmonar al año.
Figura 7
Los nanotubos de carbón ofrecen nuevas técnicas de terapia genética
Gracias a los últimos avances
científicos en la medicina, se han
logrado identificar muchos de los
genes relacionados con ciertas
enfermedades, y actualmente
investigaciones utilizan estos nuevos
conocimientos para desarrollar
Figura 8
nuevos tratamientos para dichas
enfermedades.
Se cree que se podría reemplazar genes defectuosos o ausentes a través de
la implantación en células humanas desde el exterior del mismo tipo de gen.
Este proceso no resulta sencillo porque, como el ADN no puede traspasar las
membranas células, se requiere la ayuda de un transportador. Ejemplos de
este tipo de transportador incluyen un virus, un lisosoma o péptido especial.
Un equipo europeo de investigadores ha desarrollado un nuevo método para
introducir el ADN en células de mamíferos a través de nanotubos de carbón
modificados.
Los nano tubo de carbonos son estructuras diminutas con forma de aguja y
fabricados con átomos de carbón.
Para utilizar nanotubos como transportador de genes, era necesario
modificarlos. El equipo de investigadores logró enlazar al exterior de los
nanotubos de carbón varias cadenas hechas de átomos de carbón y oxígeno
cuyo lateral consiste en un grupo de aminos cargados positivamente (–
NH3+). Esta pequeña alteración hace que los nanotubos sean solubles.
Además, los grupos cargados positivamente atraen a los grupos de fosfatos
cargados negativamente en el esqueleto del ADN. Al utilizar estas fuerzas
electrostáticas atractivas, los científicos lograron fijar de forma sólida
plásmidos al exterior de de los nanotubos. Luego contactaron los híbridos de
nanotubo-ADN con su cultivo celular de células de mamífero.
El resultado fue que los nanotubos de carbón, junto con su cargamento de
ADN, entraron dentro de la célula. Imágenes de microscopio electrónico
mostraron la forma en la que los nanotubos penetraron la membrana celular.
Los nanotubos no dañan a las células porque, a diferencia de los anteriores
sistemas de transporte genética, no desestabilizan la membrana al
penetrarla. Una vez dentro de la célula, los genes resultaron ser funcionales.
El uso de nanotubos de carbón como transportador no se limitará al
trasplante de genes. Nuevos avances científicos lograrán que sea posible el
transporte de medicamentos y el desarrollo de otras nuevas técnicas
médicas.
Figura 9
Las nano partículas podrían reemplazar a los antibióticos
Logran destruir con nanotecnología bacterias resistentes a los antibióticos.
Los investigadores de IBM, el gigante de la informática, afirman estar
trabajando en unas diminutas partículas conocidas como nano estructuras
que son atraídas hacia las células infectadas pero no destruyen las sanas.
Se trata de un modo revolucionario de destruir las bacterias resistentes a los
antibióticos que matan a cientos de miles de personas en todo el mundo
cada año.
Según ellos, si se introducen estas nano
estructuras en los antibióticos
tradicionales, éstos podrían llegar a ser
mucho más eficaces al apuntar a las
zonas apropiadas.
Los antibióticos tradicionales tratan de
evitar que la bacteria se multiplique al
interferir en su replicación del ADN,
mientras que en el nuevo método de los
investigadores de IBM unas partículas
figura 10
ultra pequeñas simplemente atacan y
destruyen las paredes celulares de las
bacterias.
Según Jim Hedrick, científico principal del centro de investigación de IBM en
el que se llevó a cabo el estudio –el Almaden Research Center--, las
partículas tienen un tamaño aproximado de 200 nanómetros, lo cual es "unas
50.000 veces más pequeño que un cabello humano".
De acuerdo con un artículo publicado en la nueva edición de la revista Nature
Chemistry, las nano partículas se ven atraídas físicamente hacia las células
infectadas como si éstas fuesen un imán, lo que significa que pueden
erradicar las bacterias sin destruir las células sanas.
También actúan de una manera diferente a los antibióticos tradicionales, ya
que han sido diseñadas por los investigadores para atravesar las membranas
y las paredes de las células bacterianas, lo que se espera que evite que las
bacterias desarrollen resistencia a los medicamentos.
"Con nuestros colaboradores del Instituto de Bioingeniería y Nanotecnología
de Singapur, hemos mostrado, en pequeños estudios realizados con
animales, que no hay toxicidad en ninguno de los órganos principales",
señaló Hedrick. No obstante, Hedrick añadió que no es posible afirmar con
seguridad que las nano partículas no vayan a atacar a otras células u
órganos. "No hemos entrado en modelos de animales más grandes ni en
ensayos clínicos, pero los resultados iníciales son extraordinariamente
prometedores", señaló.
Con el tiempo, los científicos esperan que las nuevas estructuras se puedan
convertir en productos como jabón y desinfectante de manos, además de
ayudar a curar heridas y ofrecer tratamiento para súper bacterias como el
MRSA.
Figura 11
Nano generadores de dedos
Nano generador que genera electricidad con los dedos
El primer nano generador práctico que produce electricidad con el
movimiento de los dedos
Después de seis años de intensos
esfuerzos, los científicos han informado
del desarrollo del primero nano
generador comercialmente viable, un
chip flexible que pueden utilizar los
movimientos corporales para generar
electricidad. En la 241ª Exposición y
Reu Nano generador que genera
electricidad con los dedos
Nacional de la Sociedad Americana de
Química, describieron un aumento de
miles de veces en la producción de energía del dispositivo y de 150 veces en
su tensión; esto ha hecho que
Figura 12
abandone finalmente el laboratorio para
dirigirse a la vida cotidiana.
"Este desarrollo representa un hito hacia la producción de dispositivos
electrónicos portátiles que puedan funcionar con energía generada por los
movimientos del cuerpo, sin necesidad de pilas ni enchufes eléctricos",
señaló el científico y Doctor Zhong Lin Wang.
Las últimas mejoras se han traducido en un nano generador lo
suficientemente potente como para alimentar las pantallas de cristal líquido,
los diodos emisores de luz y los diodos láser que se encuentran en el
mercado. Al almacenar las cargas generadas utilizando un condensador, la
potencia de salida es capaz de alimentar periódicamente un sensor y
transmitir la señal de forma inalámbrica.
La clave de la tecnología son los nanos cables de óxido de zinc (ZnO). Los
nanos cables de ZnO son piezoeléctricos, es decir, pueden generar una
corriente eléctrica cuando se tensan o doblan. Ese movimiento puede
coincidir prácticamente con cualquier movimiento del cuerpo, como caminar,
el latido del corazón o la sangre fluyendo por el cuerpo. Los nano cables
también pueden generar electricidad en respuesta al viento, al giro de los
neumáticos o muchos otros tipos de movimiento.
Figura 13
Conclusiones
La nanotecnología es una ciencia multidisciplinaria que involucra a la
Biología, la Química, la Ciencia de Materiales y la Ingeniería, con la Física
como su eje fundamental, y nos llevará a potenciales aplicaciones
tecnológicas. Sin lugar a dudas, la nanotecnología será la ciencia del siglo
XXI y nos traerá innumerables desarrollos en la industria electrónica y de la
información, y en general con importantes aplicaciones médicas, energéticas,
industriales y medioambientales.
Estas investigaciones requieren una inversión económica muy elevada en
ciencia y tecnología que los países en desarrollo tal vez no sean capaces de
afrontar.
Si así fuera, estaríamos rezagándonos una vez más de los grandes avances
tecnológicos, cómo sucedió en el caso de la industria microelectrónica y de
semiconductores, lo que a la larga nos trajo dependencia económica y
tecnológica de los países industrializados.
Esta dependencia sería uno más de los riesgos colaterales que la
nanotecnología traería a los países menos desarrollados si no se toman a
tiempo las decisiones pertinentes para lograr una mayor inversión en ciencia
y tecnología para formar personal altamente calificado, diseminar el
conocimiento y generalizar el bienestar social.
Aun considerando los efectos positivos o negativos de algunos desarrollos
nanotecnológicos debidos a la inherente no neutralidad de la investigación
científico-tecnológica, portadora de valores e intereses sociales a través de
los propios científicos, podemos decir que la nanotecnología está abriendo el
camino a la próxima revolución tecnológica. Esperemos que todos los
beneficios prometidos estén al alcance de la mayoría de la población tanto
de los países ricos como de los pobres, para no aumentar aún más el abismo
económico, social y cultural entre ambos esquemas de desarrollo.
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