Nanotecnología y salud: pasado, presente y futuro
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Laboratorio de Nanobiotecnologia Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas Universidad de Chile Nanotecnología y salud: pasado, presente y futuro Dr. Marcelo J. Kogan Universidad de Chile [email protected] ¿Que es la nanotecnología? “Es el estudio, diseño, síntesis, manipulación, aplicación de materiales y sistemas funcionales. Así como el aprovechamiento de sus fenómenos y de sus propiedades a escala nanometrica” 0,000000001m = 1x10-9 metros Nanoestructuras 0.1 mm 3 mm 7 um 500 nm 1 nm 1-100 um 20 nm 1-10 mm 100 nm 0.28 nm 2.5 mm 10 nm 10 mm 2 um 10 nm 1 nm 3 nm 1 nm 5 mm Microscopía Electrónica/ Microscopía de fuerza atómica Nanoestructuras Microscopía Óptica 0.1 mm 3 mm 7 um 500 nm 1 nm 1-100 um 20 nm 1-10 mm 100 nm 0.28 nm 2.5 mm 10 nm 10 mm 2 um 10 nm 1 nm 3 nm 1 nm 5 mm La nanotecnología en épocas inmemorables Uso de coloides de oro en medicina por los egipcios para conservar la juventud La nanotecnología se conoce desde épocas inmemorables Copa de Licurgo: Museo Británico La copa de Licurgo data del siglo IV (DC): Probablemente, fue hecha en Roma y en ella se relata una escena de un rey griego que tenía un fuerte temperamento, y por ello, fue condenado a estar atrapado entre viñedos. Nanopartículas de oro de aprox. 20 nm obtenidas por Faraday en 1857 (Museo Británico) 20 nm Avances Tecnológicos ha conducido a un gran avance en nanotecnología Microscopía Electrónica 1951 Microscopía de Efecto Túnel 1980 Manipulación de átomos 1985 Fuerte Inversión en Nanotecnología Claassens, C.H. Nanotechnology in South Africa. Nano 7 (2008) Propiedades de las nanopartículas • Pequeño tamaño (1-100 nm) • Elevada superficie en relación a su volumen • Elevada reactividad • Propiedades ópticas (nanopartículas metálicas) Propiedades de las nanopartículas Oro a granel Soluciones de nanopartículas de oro Elevada reactividad Efectos de interacción Nature Materials, 2009, July 2009, 554 Autoagregación de nanopartículas de cobalto para dar origen a estructuras supramoleculares Cobalt nanoparticles 12 nm in diameter evaporated from a colloidal solution into an ultrathin amorphous C film. http://www.ffn.ub.es/ritort/payr.seminars.html Efecto plasmón: color, forma y tamaño Nanoesféras de oro y plata (AuAg) Nanobarras de oro de diferentes relaciones largo/ancho Nanoprismas de plata de diferentes largos Nanometals: formation and color. L. M. Liz-Marzán, “Materials Today”, 2004, 2004 7, 26-31. Propiedades nanopartículas metálicas Ópticas - Nanoesferas Composición nanopartícula Entorno Tamaño y forma Figura 1. Representación de la resonancia de plasmón de superficie en nanoesferas de metales nobles Distancia interpartícula Las nanopartículas metálicas absorben energía y la disipan de manera local Láser o microondas (baja potencia) Las nanopartículas metálicas absorben energía y la disipan de manera local Laser o microondas (baja potencia) Cirugía molecular Espectro electromagnético Ventana Biológica: elevada penetración de la radiación en los tejidos Aplicaciones de Nanopartículas Nanopartículas en medicina Dendrímeros Nanoliposomas Nanopartículas metálicas Micelas Fulereno Nanotubos de carbono Nature Reviews/Neurology, 8, june 2012 Aplicaciones en Medicina Destrucción de tumores por irradiación (cáncer) Destrucción de agregados tóxicos proteicos (Alzheimer) Efecto antibiótico (infecciones) Diagnostico por imágenes (mejorar el contraste de la imagen de tumores) Mejorar la entrega de fármacos a diferentes regiones (aumenta la selectividad en cáncer) Teranosis (diagnóstico y terapia) Aplicaciones en Medicina Destrucción de tumores por irradiación (cáncer) con nanoparticulas de oxido de hierro Aplicaciones en Medicina Destrucción de agregados tóxicos proteicos involucrados en la enfermedad de Alzheimer Destrucción de agregados proteicos tóxicos (Alzheimer) Destrucción de agregados proteicos tóxicos (Alzheimer) Micrografías microscopia electrónica donde se evidencia la desagregación de agregados de la proteína β-amiloide, utilizando nanoesferas de oro y el péptido CLPFFD, mediante la aplicación de irradiación microondas. Kogan, MJ. Et al. Nanoparticle-Mediated Local and Remote Manipulation of Protein Aggregation. Nano Letters. 2006, 6(1) 110-115. Aplicaciones en Medicina Efecto antibiótico con nanopartículas de plata y con nanopartículas de cobre Azocar y cols. Materials Chemistry and Physics 137 (2012) 396-403 Aplicaciones en Medicina • Diagnostico (mejorar el contraste de las imágenes de tumores) CANCER RESEARCH 60, 6641–6648, December 1, 2000 Aplicaciones en Medicina Mejorar la entrega de fármacos a diferentes regiones (mayor selectividad, reducción de efectos tóxicos) J. Phys. D: Appl. Phys. 36 (2003) R167–R181 Efecto EPR (Enhanced Permeation Retention) Aplicaciones en Medicina Teranosis (diagnostico y terapia) Nanopartículas empleadas en clínica ¿Cómo se distribuyen las partículas en el organismo? ¿Llegan al cerebro? ¿Son tóxicas? Las nanopartículas llegan al cerebro. Pardes, Guerrero, Araya, Salas, Kogan MJ. Et al, Biomaterials 33 (2012) 7194-7205 Biodistribution of C(GNP)LPFFD by PET Figure 4. Representative image of a 120 min PET scan after an intravenously injection of a 5.2 nM solution of C(AuNP)LPFFD–C(AuNP)K([18F]-SBF) in rats. Guerrero S., Kogan MJ. et al, Bioconjugate Chem., 2012, 23, 3, 399 Nanotoxicologia ACS Nano (2009) 6, 1230. No son toxicas (Análisis histopatológico en ratas) C. Lasagna-Reeves , Kogan MJ et al. / Biochemical and Biophysical Research Communications 393 (2010) 649–655 Publicaciones relacionadas con nanotecnologia (internacional) Regulatory Toxicology and Pharmacology Volume 59, Issue 1, February 2011, Pages 47–52 Allianz Global Corporate & Specialty Publicaciones en Chile L.Barrientos, G. Gonzales, Nanotechnolgoy in Chile, 2009 Nanotecnología en Chile •Hay alrededor de 30 grupos de investigación en el área. •Es necesaria la creación de infraestructura para el desarrollo de la nanotecnología. Por ejemplo, a través de la adquisición de equipamiento para la caracterización de nanomateriales. •Concentrar recursos en un centro de equipamiento mayor administrado por CONICYT en el que exista acceso tanto a los grupos universitarios como a los grupos privados. •Formación de recursos humanos. •Creación de un Ministerio de Ciencia y Tecnología. Nanotecnología y Salud • Se espera que la nanotecnología realice una gran contribución a la medicina a través del aporte de terapias mas selectivas y efectivas • Contribuir a la teranosis (diagnostico y terapia en un solo procedimento) • Se deben evaluar los potenciales efectos tóxicos de las nanopartículas. Natura libre. Salvajes. Ni transgenia ni nanotecnología Laboratorio de Nanobiotecnologia Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas Universidad de Chile Gracias por su atención!!!!!!!
