GUÍA MÁSTER PEQUEÑOS INVESTIGADORES Ficha técnica: Título Tipo actividad Doc actualizado Objetivo Contenido Pequeños investigadores Taller 16/03/2018 Acercar la ciencia a los niños de manera divertida a través de juegos Los participantes utilizarán material de laboratorio para llevar a cabo una práctica donde desarrollarán nanocápsulas (esferas de gel con líquido en su interior). A través de este caso práctico pondrán en práctica los conceptos de la nanotecnología, técnica que permite la liberación controlada de fármacos, haciendo más efectivos los tratamientos y consiguiendo mejores resultados para el paciente. Para finalizar la actividad se propone como actividad complementaria la construcción de un fullereno a través de un juego. Público principal Recomendado para niños de 4 a 8 años Duración estimada 20’ Formato En un espacio habilitar dos o tres mesas. En casa mesa se trabajará por grupos, en cada grupo habrá 1 o 2 voluntarios y se recomienda que no haya más de 6-7 niños por grupo. Lo ideal es que todos los niños comiencen y terminen la actividad a la vez, pero si no es posible los grupos pueden comenzar a destiempo y cada voluntario a cargo de un grupo irá empezando según se llene su grupo. Nº voluntarios Se recomienda que cada grupo no supere los 6-7 niños, de manera que todos los niños puedan participar, y haya al menos un voluntario por grupo. Ejemplo, contamos con 3 voluntarios y hay 60 niños: 1. Se establece un horario de pases cada 20’-25’ en grupos de 20 niños, en total 3 pases (1h30 aproximadamente en total). 2. Cuando no es posible establecer un horario, se van haciendo grupos de 6-7 niños y cada voluntario se va haciendo cargo de un grupo. Cuando el voluntario termina el taller se hace cargo del siguiente grupo de niños que están esperando. Recomendaciones Habilitar un espacio acorde a los niños: mesas y sillas infantiles Posibilidad de adquirir material para la actividad: batas blancas para niños, guantes, gafas Otros usos Esta actividad también puede ser mostrada para público general adulto, el voluntario podría hacer una demostración rápida de una encapsulación de un medicamento (5’-10’) explicando conceptos básicos de la nanotecnología. Material disponible Guía master para el desarrollo de la actividad para el voluntario Video formación Información de soporte Material necesario para el desarrollo del taller Material peligroso En este taller no se utiliza ningún producto que pueda ser peligroso o dañino para las personas. Colaboraciones y El programa Ciencia para todos cuenta con la colaboración de: agradecimientos INTRODUCCIÓN Comenzar la actividad con una introducción en la que se explique de manera divulgativa y en un lenguaje adaptado a niños qué es el cáncer y que nuestra mejor herramienta para combatir esta enfermedad es la investigación. La investigación nos permite diseñar medicamentos que actúen contra estas células que se comportan de manera no normal. Para poder conseguir los mejores resultados y dirigir el medicamento directamente a las células malas evitando dañar a las células buenas, podemos diseñar pequeñas cápsulas en las cuales meter el medicamento gracias a la investigación. Estas cápsulas con el medicamento dentro viajarán por el cuerpo hasta encontrar las células malas y liberar ahí el fármaco. A esto le llamamos nanociencia, y permite que la medicación funcione mejor y ayuda a muchas personas a que se recuperen mejor de la enfermedad. Además de investigar en medicamentos o como llevar el medicamento directamente a las células malas, la investigación también nos permite conocer más sobre las causas, ¿qué ha ocurrido para que las células no se comporten de manera normal?; en prevención, conocer qué podemos hacer para evitar desarrollar la enfermedad; o detección temprana, cuanto antes sepamos que una persona tiene un cáncer antes podrán tratarlo los médicos. La nanotecnología está provocando una revolución en el campo de la medicina. La detección temprana de enfermedades como el cáncer, tratamientos más eficaces, van a ser posibles gracias al desarrollo de la nanociencia. Los últimos avances conseguidos están abriendo nuevos horizontes a la detección y el tratamiento del cáncer, pero todavía queda mucho por seguir investigando. En terapia se investiga el transporte y suministro localizado de fármacos a través de nanopartículas con fármacos que tienen una porosidad especial para atravesar el órgano, y con estrategias activas funcionalizando la nanopartícula con moléculas biológicas que se dirigen, buscan, y se acoplan en un lugar concreto. De este modo, se desarrollan unas cápsulas poliméricas biocompatibles para controlar temporalmente la liberación del fármaco, penetra en las células tumorales hasta su núcleo, donde liberan la carga sin dar tiempo a que el tumor ponga en marcha sus mecanismos de defensa. Normalmente cuando se administran fármacos contra el cáncer, éstos viajan por todo el organismo y pueden crean efectos secundarios muy desagradables para los pacientes, y solamente una cantidad llega a las células cancerosas. La nanotecnología trabaja a escalas muy pequeñas: entre uno y cien nanómetros, que es el tamaño de las moléculas, los virus y las mismas proteínas y nos permite interaccionar con ellas dentro de la célula. A menudo, se recurre al símil de los robots inteligentes que van directos a la célula para explicar cómo el nanofármaco se administra sobre el tumor. En este taller se va a desarrollar una esferificación, esferas de gel con líquido en su interior, que son muy parecidas a las nanocápsulas de medicamento. DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD MATERIAL NECESARIO a. Para la disolución de alginato de sodio: alginato de sodio; agua; colorante; batidora con vaso, balanza, vidrio de reloj, espátula, jarra de agua. b. Para la disolución de cloruro de calcio: cloruro de calcio, agua, varilla agitadora y vaso de precipitados. c. Colador, pipetas, cuenco mediano o pequeño. d. Opcional: batas, gafas y guantes de laboratorio PROTOCOLO El taller comienza con la introducción del taller. Después, los participantes fabrican sus propias cápsulas a escala “macro”, llevando a cabo un proceso de esferificación. Los participantes trabajan por parejas o grupos (se recomienda grupos máximos de 6-7 niños) y utilizan material e instrumental de laboratorio. A través de la experimentación a escala macro, se explicarán los fundamentos para comprender el proceso de nanoencapsulación; proceso para aislar una sustancia, protegiéndola de la interacción exterior en la escala nano, de forma que la sustancia aislada no pierda sus propiedades y pueda realizar su liberación controlada de la encapsulación en el momento y al ritmo que se quiera. Para ello es necesario seguir los siguientes pasos, se trabajará con los niños repartiendo las tareas en función del número de niños que haya por grupo. 1. Disolución de alginato de sodio: Se mezcla 1 g de alginato de sodio (pesar en el vidrio de reloj) por cada 100 ml de agua con un poco de colorante y se mezcla con una batidora. Se dispone de 4 colorantes diferentes, se pueden ir alternando, mezclando o combinando. 2. Disolución de cloruro de calcio: disolver 1 g de cloruro de calcio (pesar en el vidrio de reloj) en 150 ml de agua en un vaso de precipitados. 3. Se vierte la solución de cloruro de calcio en un cuenco de vidrio y se coloca el colador dentro del recipiente con esa solución. El colador debe estar en contacto, en su totalidad o en gran parte, con la mezcla de cloruro de calcio. 4. Con la ayuda de la pipeta, se cogen gotas de la disolución de alginato y se dejan caer en el colador. Nota: en lugar de pipeta también se puede utilizar una jeringuilla, o cualquier material que permita verter la disolución del alginato de socio gota a gota para que se puedan formar las fórmulas. 5. Al levantar el tamiz, se obtienen unas macrocápsulas que son líquidas por dentro y que simulan el fármaco encapsulado. ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS A LA ACTIVIDAD CONSTRUCCIÓN DE FULLERENO Otro ejemplo de nanocápsula es el fullerento, una molécula compuesta por 60 átomos de carbono con forma de balón de fútbol de la que se ha estudiado su potencial uso medicinal como fijador de antibióticos específicos en su estructura para atacar bacterias resistentes y ciertas células cancerígenas, tales como el melanoma. Para recrearla, proponemos un juego con el que los participantes podrán comprender su estructura. Opciones: 1. Construir un fullereno con gominolas y palillos. Difícilmente se puede construir un fullerno entero, pero los niños jugarán lo pasarán bien. 2. Se dispone de unas plantillas recortables para que los niños puedan o bien en casa o bien durante la jornada recortar y construir la estructura de un fullereno. 3. Facilitar una plantilla de un fullereno que puedan colorear. DOCUMENTACIÓN DE SOPORTE PARA EL VOLUNTARIO IMÁGENES JORNADAS ORGANIZADAS FUNDAMENTO TEÓRICO En el futuro, es probable que la administración de nanofármacos se realice por capas. Como si se tratase de una matryoshka, la cápsula se desmontará a medida que se adentre en la sangre, luego en el tumor, y por último en la célula. Además es necesario proteger el nanofármaco con materiales biocompatibles para que los macrófagos, las células del sistema inmunitario localizadas en los tejidos, no los ataquen. Es, por tanto, necesario controlar su liberación en el camino hasta las células. La nanotecnología nos permite la liberación controlada de fármacos. Esto es, liberar el fármaco allí donde la terapia es necesaria. Con la esferificación, formamos esferas de gel con líquido en su interior, que son muy parecidas a las nanocápsulas de medicamento. La esferificación es una técnica culinaria para la elaboración de diversos platos en los que se intenta imitar la textura y forma de la huevas de pescado. La técnica consiste en aplicar el espesante natural procedente de las algas pardas denominado alginato sódico (E-401) y el cloruro cálcico (E-509) en ciertas proporciones, con el objeto de provocar la gelificación parcial del líquido, y que éste acabe poseyendo diversas formas. La idea es disolver el alginato en el zumo por una parte, mientras que se elabora una disolución de cloruro cálcico en agua por otra. La técnica para generar formas similares a las huevas consiste en mezclar alginato y zumo en un recipiente con jeringuillas o pipetas, y verter poco a poco gotas de la mezcla sobre la disolución de cloruro cálcico. Al entrar en contacto la disolución con alginato, la superficie del líquido se gelatiniza, y provoca el "encapsulado" del líquido en forma de esferas. El alginato cálcico debe poseer una acidez lo más cercana a pH 6 para que gelatinice. En algunas ocasiones es necesario reducir artificialmente la acidez del líquido (empleando citrato de sodio E-331). A veces se produce el mismo efecto mediante el empleo de goma xantana o agar-agar (E-406). INVESTIGACIONES En 2012, se llevó a cabo el primer estudio de nanopartículas dirigidas capaces de controlar la liberación de medicamentos en seres humanos. Al empaquetar las moléculas del fármaco quimioterapéutico docetaxel en nanopartículas, los investigadores buscaron la administración de una dosis más alta del medicamento directamente a los tumores y reducir la toxicidad en los pacientes. Normalmente cuando se administran fármacos contra el cáncer, éstos viajan por todo el organismo y crean efectos secundarios muy desagradables. Y solamente una pequeña cantidad llega a las células cancerosas. Para crear una nanopartícula que pudiera trasportar el docetaxel por el torrente sanguíneo sin crear efectos adversos importantes y administrar el fármaco directamente a los tumores, los investigadores diseñaron un nuevo proceso para crear las nanopartículas. Típicamente, los investigadores han creado un prototipo de nanopartícula y luego han tratado de modificar sus características, por ejemplo, uniendo a la nanopartícula moléculas conocidas como ligandos para permitir la fijación a las células tumorales. Se pueden hacer pequeños cambios en cualquiera de las moléculas de la cadena antes del autoensamblaje, lo cual crea sutiles variaciones que pueden ser analizadas a fin de determinar si poseen las propiedades deseadas de un vehículo para la administración del fármaco. Cuando se añaden las propiedades deseadas a la cadena, se dejan caer en una solución hidrosoluble que contiene los fármacos quimioterapéuticos para crear exactamente la nanopartícula diseñada. Científicos del Instituto Politécnico Nacional (IPN) trabajan en la nanoencapsulación de extractos puros de plantas, que han mostrado efectos benéficos en el tratamiento contra el cáncer de mama, desde 2015. Con el apoyo de la nanotecnología pretenden administrar fitofármacos que se direccionan específicamente al tumor, lo que permitiría reducir el daño a las células sanas y por tanto mejorar la calidad de vida de los pacientes. Estudios in vitro con células tumorales de mama y células sanas, realizados en el Centro de Investigación en Ciencia Aplicada y Tecnología Avanzada (CICATA), Unidad Legaria del IPN, han logrado resultados positivos para matar células malignas con diversos extractos puros de plantas. Los extractos han sido probados en cultivos de células de cáncer, en donde han mostrado resultados prometedores. Un estudio, publicado en la revista Angewandte Chemie, demuestra la capacidad de las nanopartículas de oro para generar in situ potentes fármacos anticancerígenos a partir de moléculas inertes, gracias a un mecanismo de eliminación de grupos químicos terminales que el oro nanométrico es capaz de catalizar. El oro resulta ideal para este papel catalítico debido a su alta biocompatibilidad. Estos resultados ofrecen nuevas esperanzas en la lucha contra el cáncer y han sido obtenidos gracias a la colaboración de científicos del Instituto de Nanociencia de Aragón (INA) de la Universidad de Zaragoza. El trabajo revela en primer lugar la posibilidad de llevar a cabo catálisis en medios biológicos utilizando partículas diminutas de oro. Estas nanopartículas de oro, camufladas en una microcápsula de resina implantada en el cerebro de un pez cebra, han logrado catalizar una reacción química generando compuestos fluorescentes. Las conclusiones de este trabajo plantean que el fármaco se suministraría al paciente en su forma inerte y solo se convertiría a la forma tóxica localmente, gracias a la catálisis de las nanopartículas que un cirujano implantaría en el tumor.
