¿QUÉ ES LA NANOTECNOLOGÍA

UNIVERSIDAD NACIONAL
AUTÓNOMA DE MÉXICO
Facultad de Química.
Departamento de Farmacia.
“NANOTECNOLOGÍA EN EL DESARROLLO
FARMACÉUTICO”
• Q.F.B ABRAHAM FAUSTINO VEGA
• "Los principios de la física,
tal y como yo los entiendo,
no niegan la posibilidad de
manipular las cosas átomo
por átomo... Los problemas
de la química y la biología
podrían
evitarse
si
desarrollamos
nuestra
habilidad para ver lo que
estamos haciendo, y para
hacer
cosas
al
nivel
atómico", dijo Feynman en
1959.
¿QUÉ ES LA
NANOTECNOLOGÍA?
El concepto de Nanotecnología engloba
aquellos campos de la ciencia y la técnica en
los que se estudian, se obtienen y/o
manipulan de manera controlada materiales,
sustancias y dispositivos de muy reducidas
dimensiones, en general inferiores a la micra,
es decir, a escala nanométrica.
¿QUÉ ES NANO?
Una persona = alrededor de 2 m
Una hormiga = aproximadamente 1 cm (10-2).
Una célula = 20 micrómetros (10-6)
Un ribosoma = 25 nanómetros.
Un nanómetro cúbico = aproximadamente 258 átomos de
carbono.
• Así, el ámbito de la Nanotecnología
incluye, además de las áreas del saber
relacionadas con su origen, tanto de la
Física, la Química, la Ingeniería o la
Robótica, otros campos en su comienzo
más alejados, pero para los que ya hoy en
día tiene una gran importancia, como son
la Biología, la Medicina o el Medio
Ambiente.
• Un investigador llamado Don Eigler
(1989)
utilizó
un
microscopio
electrónico
del
tipo
scanningtunneling, STM, para mover átomos
de xenón y escribir las siglas IBM.
Eric Drexler fue la primer persona en
analizar en detalle la posibilidad desde el
punto de vista físico de construir un
ensamblador molecular universal. Una vez
que un dispositivo de este tipo se halla
desarrollado hará posible la producción de
bienes de consumo con el único costo de
la energía para fabricarlos y los átomos
empleados para construir el bien de
consumo deseado.
Algunos ejemplos de aplicaciones de las
distintas ramas de la nanotecnología son:
– Dispositivos nanoelectrónicos
– Recubrimientos
– Catalizadores nanoestructurados
– Biosensores y biodetectores
– Nanosistemas
para
administración
fármacos.
de
• La idea de los científicos que desarrollan
proyectos nanotecnológicos no solo aspira
a la ubicación de átomos a nivel individual,
sino a la creación de máquinas
moleculares capaces de crear, átomo a
átomo, todo lo que hoy nos rodea o lo que
deseemos tener en el futuro.
Sin embargo, el impacto más importante
de las tecnologías a nano escala podría
resultar de la fusión de la nanotecnología
y la biotecnología: una nueva disciplina
apenas reconocida, llamada:
Nano-biotecnología.
La tesis definitiva es que si se toman
prestadas ideas de la naturaleza y se
cuenta con capacidades generadas por el
avance de la ciencia, sería posible
construir máquinas que podrán influir
sobre el orden de los átomos, de manera
tan precisa como para emular el proceso
de creación.
• En la industria de medicamentos se busca
lograr, por medio de nanotecnología, lo
que logra en cada instante nuestro cuerpo
y el de millones de seres vivos sobre el
mundo, pero en condiciones controladas
de laboratorio: la construcción átomo a
átomo de moléculas complejas que hacen
a las funciones primordiales de la vida
(como la insulina, por dar un ejemplo).
Micropáncreas artificial realizado por Tejal
Desai de la Universidad de Illinois.
Potenciales aplicaciones médicas
‰Máquinas moleculares y computadoras
de tamaño subcelular.
‰Servir como un sistema autoinmune
potenciado.
‰Buscar y destruir virus, colesterol,
excesos de grasa, células cancerígenas y
marcadores genéticos.
‰Eliminar la necesidad de cirugía.
‰Borrar los procesos degenerativos.
Nanopartículas de hierro contra tejidos
cancerígenos
• Investigadores
•
ingleses
inyectaron
nanopartículas con base de hierro y recubiertas
de biomoléculas en un tumor.
A raíz de su fuerte necesidad de energía, las
células
cancerígenas
absorbieron
las
nanopartículas más rápidamente que las células
sanas. Luego, las np fueron calentadas con la
ayuda de campos magnéticos, lo que tuvo como
consecuencia la destrucción del tumor.
Minúsculas cápsulas, mucho más pequeñas que estas células de
sangre, podrían ser un día inyectadas en la corriente sanguínea de las
personas para tratar enfermedades como el cáncer.
Encabezados por el físico Joseph Jacobson
y el ingeniero biomédico Shuguang Zhang,
acomodaron nanopartículas de oro (de 1.4
nanómetros de diámetro) a ciertas tiras de
ADN.
Cuando el ADN con oro se expone a un
campo magnético, las tiras se separan,
cuando se retira ese campo magnético, las
tiras se recomponen inmediatamente: el
resultado es un switch que permitirá
encender y apagar los genes a voluntad.
Se van a utilizar conjuntamente las
técnicas
de
la
experimentación
genética y de la manipulación
nanotecnológica para la producción de
moléculas más sencillas que el ADN y
que se puedan autoreplicar mas
rápidamente y autoensamblarse con
las unidades de memoria en diminutos
robots
con
un
funcionamiento
predeterminado.
El objetivo es agilizar el desarrollo de
fármacos,
permitiendo
que
los
investigadores de la industria farmacéutica
simulen los efectos de un fármaco que
aparentemente también active y desactive
ciertos genes.
APLICACIÓN DE LA
NANOTECNOLOGÍA EN LA INDUSTRIA
FARMACÉUTICA, HOY
• El uso de sistemas de liberación
controlada, representa una opción
viable
para
mejorar
algunos
problemas con la eficacia terapéutica
y farmacocinética para diferentes
sustancias activas.
Los sistemas particulados de liberación controlada, son
acarreadores de tamaño coloidal (10nm a 0.5 µm). los
cuales pueden tomar diferentes formas:
• Liposomas
(Vesìculas con Fosfolipidos)
• Niosomas
( Vesículas Ts-No iónicos)
• Microemulsiones
• Nanopartículas
(Poliméricas , Sólidas Lipídicas)
Preparación de nanopartículas
• Salting-Out
• Desplazamiento de disolvente
• Fusión-dispersión
• Microemulsiones
Polímeros utilizados en SLC
• Ácido Poliláctico (PLA).
• Ácido Poliglicólico (PGA).
• Ácido Poliláctico-co-glicólico (PLGA).
• Polietilenglicol (PEG).
• Quitosan.
Unión de fármacos a nanopartículas
.- Las nanopartículas se pueden producir en
presencia del fármaco o adsorberlo después a las
nanopartículas vacías.
.- Si está presente:
•Acoplamiento covalente al polímero.
•Formación de una dispersión o disolución
sólida.
Fármaco cargado a nanopartículas por adsorción
Unión de fármacos a nanopartículas
.- Si se adiciona después:
•Unión covalente.
•Adsorción: en superficie o formación de
dispersión sólida.
Fármaco cargado a nanopartículas por incorporación
CARACTERIZACIÓN DE NANOPARTÍCULAS
Parámetro
Método
Tamaño de partícula
Espectrometría de correlación fotónica
Microscopía electrónica de transmisión
Microscopía electrónica de barrido (SEM)
SEM combinada con espectrometría de energía
dispersiva de Rayos-X.
Densidad
Picnometría de compresión de helio
Cristalinidad
Difracción de Rayos-X
Calorimetría de barrido diferencial
Carga superficial
Electroforesis
Anemometría laser Dopler
Hidrofobicidad
Cromatografía de interacción hidrofóbica
Medidas de ángulo de contacto
Propiedades de
superficie
Espectrometría de masas de iones secundarios
estáticos
Análisis de elementos
en la superficie
ESCA (Espectroscopia fotoelectrónica de Rayos-X
para análisis químico
Aplicaciones de las nanopartículas
• Citoestáticos
• Anti-infecciosos
• Péptidos
• Administración peroral
• Administración oftálmica
• Antiinflamatorios
• La nanotecnología es, evidentemente, por
lo que se puede mostrar, un área en la
que se está aún en pañales. Pero
sabemos que cuando se empieza a saber
a nivel de divulgación de proyectos como
los descritos, suele haber muchos más en
las sombras que no se dan a conocer por
razones
de
protección
industrial,
resguardo de ideas y razones estratégicas
de estado.
• En Física, Química, Biología y en
Ingeniería de Materiales es el momento
de la Nanociencia. Y ésta es
fundamentalmente investigación básica
e interdisciplinar.
• La Nanotecnología se desarrollará más
adelante, e irá entrando poco a poco en
nuestras vidas.
La nanotecnología es multidisciplinaria:
requiere de las aportaciones de científicos
de campos muy diversos y especialmente
de físicos, ingenieros y biólogos. Algo que
seguramente retrasará todo el proceso.
Se estima que este campo de
investigación, que brotó recién en los
últimos años, ha provocado la
creación de 275 empresas hasta
1996, con ingresos por 5 mil millones
de dólares.
En 2002, sólo el Gobierno de los Estados
Unidos ha aprobado dedicar ya 465
millones de euros y quiere aprobar 110
más. Japón invertirá cifras similares, y la
Unión Europea ha asignado 1.300 millones
de euros para uno de sus programas
marco entre los años 2002 y 2006.
• Aunque el esplendor de la nanotecnología
se asegura para el año 2030 es probable
que los conocimientos adquiridos en el
avance de otras ciencias como la genética
puedan aportar técnicas y pistas que
adelanten la fecha a 2015.
Actualmente una quinta parte de los
negocios nanotecnológicos en los Estados
Unidos (el 21%), usan nanobiotecnología
para desarrollar productos farmacéuticos,
sistemas
de
administración
de
medicamentos dentro del cuerpo humano
y otros productos relacionados con la
atención de la salud y la industria de los
cosméticos.
Nanopartículas de alcohol estearílico.
Nanopartículas de alcohol estearílico.
"El dilema no es si la nanotecnología va a ser
una realidad, sino cuándo"