Nanorobots

Nanorobots: Nueva tecnología para la terapia del cáncer
05 de Setiembre 2011 ⋅
El
conocimiento
humano,
con
todo
su
crecimiento y desarrollo, está todavía en sus
etapas iniciales de encontrar formas eficientes
para tratar el cáncer. El elevado número de
pacientes con cáncer sitúan su tratamiento entre
la prioridad de la investigación científica. El
advenimiento de la nanotecnología con la
fabricación de nanorobots, (Máquinas capaces
de manipular átomos, moléculas y operar de
forma precisa con objetos de escala manométrica) abre nuevas ventanas que prometen
maneras eficaces en la localización de las fuentes químicas, hacer su seguimiento, el
control de las células cancerosas, y finalmente su eliminación.
El cáncer es el crecimiento inusitado y descontrolado de células que tienen la capacidad de
migrar a otros lugares y hacia la superficie. Las células cancerosas se replican más rápido
que las células sanas, provocando la deformación en el suministro de nutrientes y en la
eliminación de residuos metabólicos.
Debido al rápido crecimiento de las células cancerosas, las células sanas no pueden
competir por los nutrientes adecuados y finalmente, serán reemplazados por las células
tumorales. Después del desarrollo de un tumor, sólo las células de la superficie tendrán
acceso a los nutrientes, por lo que las internas perecerán.
En algún momento la tasa de crecimiento del tumor va a llegar a un estado de equilibrio
donde la tasa de muerte celular será igual a la tasa de proliferación celular y permanecer en
estado de equilibrio hasta que el tumor encuentre un mejor acceso al sistema circulatorio.
Un factor decisivo para determinar la posibilidad de supervivencia del paciente es cuán
temprano se detectan las células cancerosas.
Un aspecto importante en el tratamiento del cáncer es el desarrollo de un sistema de
administración de fármacos dirigidos, que disminuye los efectos tóxicos secundarios de la
quimioterapia. El actual método convencional en el tratamiento del cáncer, implica la
inserción de catéteres para permitir la quimioterapia, reducir la cantidad de cáncer presente
y después de eliminar los tumores quirúrgicamente, se seguirá aplicando más quimioterapia
y sesiones de radioterapia. Sin embargo, la entrega de la droga no es localizada, por lo que
incluso las células sanas que normalmente se dividen rápidamente, se concentrarán por el
tratamiento. Estos factores subrayan la necesidad de implementar una tecnología que puede
proporcionar agentes a nivel molecular que actúen de forma autónoma en el interior del
cuerpo humano. Estos tienen que ser capaces de identificar células cancerosas en sus
primeras etapas y transmitir señales apropiadas a un dispositivo externo donde el médico
puede leer y analizar la información. O tendrían que estar equipados con sistemas de
administración de fármacos y drogas por vía intravenosa para llevar a cabo la ejecución
selectiva. Una tecnología en posesión de estos bienes, sólo pueden ser buscados en el nano
mundo. Nanorobots que puedan navegar como los dispositivos contenidos en la sangre, por
lo que se utilizarían para ayudar a diagnosticar el cáncer en sus primeras etapas y participar
en la administración de fármacos inteligentes.
Un nanorobot capaz de realizar estas tareas debe tener ciertas herramientas y tecnologías,
tales como sensores, actuadores, transmisores de datos, fuente de alimentación, etc.. Como
resultado, la arquitectura de hardware de nanorobots en la terapia contra el cáncer se ha
convertido en un innovador campo de la ingeniería, donde el objetivo es colocar a los
sensores más capaces y actuadores en el menor espacio posible.
La técnica de fabricación en el diseño del sensor nanorobot, aprovecha la tecnología de alta
precisión de la CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) VLSI (integración en
muy alta escala). Biosensores basados en CMOS usan nanohilos como material para su
ensamble. Pueden detectar mínimos cambios químicos, tales como E-cadherina y beta-
catenina degradados, que pueden servir como objetivos químicos para detección de
primeras fases metastásicas.
Para ayudar a impulsar al nanorobot el interior del cuerpo, debe aplicarse un actuador en el
diseño. Un actuador es un dispositivo que funciona como un motor y ayuda a mover el
nanorobot. Hay diferentes tipos de actuadores que se utilizan, electromagnéticos, las
fuentes piezoeléctricas, electrostáticos y electrotérmico, dependiendo de dónde se van a
aplicar. Además del propio actuador, la fuente continua de energía disponible es la clave
para el buen funcionamiento del nanorobot. Los nanorobots pueden ser alimentados por la
energía del ambiente, la interacción basada en el movimiento dentro del torrente sanguíneo,
lo que podría ser utilizado para generar energía cinética. El encendido puede ser remoto
inductivo del orden de milivatios, que se usa para RFID (dispositivo de identificación a
radio frecuencia) y dispositivos biomédicos implantados, también se podría suministrar
energía de forma inalámbrica.
Los nanorobots podrían ser utilizados para seleccionar las células cancerosas, para que el
cirujano pueda extirpar el tumor de manera eficiente y precisa. Dos métodos se han
utilizado para orientar las nanopartículas a los sitios del tumor, que se conocen
comúnmente como un enfoque activo y pasivo. En orientación activa, las nanopartículas se
vinculan con ligantes específicos de tumor, mientras que la orientación pasiva se basa en la
similitud del tamaño de las nanopartículas con las propiedades de la vasculatura del tumor.
Los puntos cuánticos podrían ser conjugados con ligantes específicos del tumor para
etiquetar las células cancerosas para que el cirujano los identifique y pueda realizar una
cirugía más precisa.
Los puntos cuánticos son nanocristales semiconductores que deben su emisión de
fluorescencia a la excitación de electrones. Ellos tienen un núcleo inorgánico elemental
(ejemplo: cadmio, mercurio), con una carcasa de metal circundantes y muestra espectros
intrínsecos de fluorescencia en función de su tamaño y composición química. Una vez que
los puntos cuánticos se unen al sustrato, emiten una cierta longitud de onda que pueden ser
detectados fácilmente. Los puntos cuánticos pueden ser preparados para que se exciten con
una sola fuente de luz, pero emiten en diferentes longitudes de onda, lo que permite el
etiquetado independiente. Gao et al, por ejemplo, fueron capaces de localizar tres puntos
cuánticos diferentes, con la iluminación de una sola fuente de luz, después de que se le
inyecto a un ratón en tres lugares diferentes (Fig. 2).
Tal vez el beneficio más importante de la
utilización de nanorobots para tratar el
cáncer es la administración de fármacos
inteligentes. El ciclo de tratamiento
contra el cáncer es la quimioterapia y
puede tomar hasta varios meses, el ciclo
necesario de
radiación para tumores
pequeños es de dos semanas. En estas
sesiones,
incluso
las
células
sanas
alrededor del tumor están expuestas a la
radiación, que trae muchos efectos
secundarios. El nanorobot será capaz de
detectar las células cancerosas dentro de
una semana y realizar la entrega de la droga localizada. Con la nanotecnología se reduce el
tamaño de estos nanorobots y al mismo tiempo, se le añaden capacidades técnicas, que no
están lejos de la realidad, por lo que dichos agentes pronto sustituirán a la quimioterapia.
Estos robots inteligentes podrán navegar a través del cuerpo humano en búsqueda de las
células tumorales y/o bien identificar a las células objetivo y transmitir las señales correctas
para el cirujano, o entregar la droga preinstalada en ellos y así eliminar el tumor.
El éxito de esta tecnología, al igual que cualquier otra investigación, se encuentra en el
traslado de estos logros del laboratorio a la clínica. En el Instituto Nacional del Cáncer
(NCI) los
investigadores continúan observando resultados prometedores de varios
diagnósticos y terapias con nano-agentes que están en la fase I de ensayos clínicos.
No hay peligro en la manipulación de objetos a escala nano. Sin embargo, como cualquier
nueva tecnología, la certeza de las nanopartículas necesita continuas pruebas. Algunos
problemas relacionados con la seguridad, tales como la alta reactividad o propiedades
magnéticas de las nanopartícula, han planteado preocupaciones. Por ejemplo, recientemente
ha habido debates acerca de la toxicidad de los nanotubos de carbono (CNT) con respecto a
su asociación con el daño a los tejidos en los animales. Sin embargo, también ha habido
importantes estudios que no muestran efectos secundarios tóxicos asociados a las
nanopartículas. Para garantizar la certeza de estas nanopartículas, una rama de intramuros
de la Alianza del NCI, el Laboratorio de Caracterización de Nanotecnología (NCL), está en
estrecha colaboración con los EE.UU. Food and Drug Administration (FDA) y el Instituto
Nacional de Estándares y Tecnología (NIST). Hasta la fecha, estos grupos han evaluado
más de 125 diferentes nanopartículas destinadas a las aplicaciones médicas. "Ciertamente,
las nanopartículas utilizadas como portadores de fármacos para quimioterapia son mucho
menos tóxicos que las drogas que llevan y están diseñados para transportar medicamentos
de manera segura a los tumores sin dañar los órganos y los tejidos sanos".
Ing. José H. Rosales Fernández.
By Kasra Naftchi-Ardebili ⋅ September 5, 2011
http://triplehelixblog.com/2011/09/nanorobots-novel-technology-for-cancer-therapy/