Nanotecnologia y avances en la Medicina




el Instituto de Nanotecnología de la Northwestern University, Chad Mirkin, ha revelado un nuevo avance científico que podría ser revolucionario dentro de uno de los campos de investigación de la medicina de mayor relevancia actual.

Se trata de un sistema de diagnóstica basado en la nanotecnología que podría dar el primer análisis de sangre capaz de detectar la enfermedad de Alzheimer. El análisis "código de Barras biológico" detecta una proteína tóxica llamada ADDL.

Según Mirkin, se podría aplicar este código en principio a cualquier molécula biológica y es muchísimo más sensible que el sistema convencional de análisis, tipo Elisa, utilizado actualmente para detectar proteínas en la sangre. Además de aplicarlo para detectar Alzheimer, el equipo de científicos dirigido por Mirkin espera aprovechar este nuevo avance tecnológico para detectar las enfermedades por priones, infección HVI y varios tipos de cáncer.

El nuevo sistema de análisis médico funciona de la siguiente manera. Se hace un tipo de nano-sandwich, colocando la proteína objetiva del análisis entre dos anticuerpos, cada uno conectado con una partícula microscópica. Una es una nanopartícula de oro, a la que se adjuntan miles de hilos de ADN idénticos. La otra es una partícula magnética.

Se utiliza un imán para separar los minúsculos conjuntos partícula-proteína-partícula. A continuación se retira el ADN mediante la aplicación de calor, y se lee su contenido con la ayuda de un lector de ADN normal.

"Creemos que hemos tomado el primer paso hacia un análisis de Alzheimer basado en marcadores solubles en la sangre" dijo el científico Prof. Mirkin.

Aunque recientes avances científicos permiten reconocer cambios neurológicos relacionados con Alzheimer a través de sistemas de ultrasonido, en la actualidad la única manera infalible de diagnosticar la enfermedad de Alzheimer es la exploración post-mortem del cerebro.


Nanotecnología en la Medicina

Un equipo de investigación de la Universidad de Purdue ha demostrado que los nanotubos de carbón podrían mejorar aplicaciones de prótesis ortopédicas. ´ 

El equipo de investigadores ha demostrado a través de una serie de experimentos en platos petri que las células óseas se adhieren mejor a aquellos materiales cuyos bultitos en la superficie son más pequeños que los bultos que se encuentran en la superficie de los materiales que habitualmente se utilizan para fabricar prótesis. Además, al estar más pequeños los bultos, se estimula el crecimiento de más tejido óseo, lo que resulta imprescindible para lograr una correcta adhesión del prótesis implantado. 

Los científicos han demostrado que al crear implantes con la alineación en paralelo de nanotubos de carbón y filamentos, se favorece mejor adhesión y crecimiento celular. Esta alineación imite a la de las fibras de colágeno y cristales cerámicas naturales, hidroxiapatita, en los huesos reales. 

Se utilizaron dos métodos para la alineación en paralelo de los nanotubos. Uno a través de la aplicación de corrientes eléctricas a una mezcla de nanotubos y polímero, y el otro mediante la utilización de uno 

Avances en análisis médicos

Nuevos avances científicos en el campo de las investigaciones de sustancias permitirán que en un futuro próximo se puedan realizar análisis médicos instantáneos sobre la superificie de la piel, detectando sustancias sin tener que sacar sangre y enviar una muestra a un laboratorio. 

Según un artículo del MIT Technology Review, una nueva técnica desarrollada por un equipo de la Universidad de Purdue y basada en la adaptación del conocido método espectrometría de masas. Al utilizar este nuevo método, médicos y forenses podrán detectar e identificar sustancias presentes en la superficie de materiales tales como tela, papel, madera y piel. 

La espectrometría de masas se aplica para identificar muestras desconocidas a través del cálculo de su peso molecular. Pero para analizar las sustancias de esta manera, se exige que las moléculas reciban una carga eléctrica. Este proceso de ionización requiere la utilización de grandes cámaras de vacío, o bien una preparación muy exhaustiva de las muestras, lo que hace que la aplicación de espectrometría de masas hasta ahora ha sido restringido al ámbito de un laboratorio. 

Sin embargo, gracias al avance científico desarrollado por el equipo de Purdue, el nuevo método no necesita ninguno de los mencionados requisitos (cámara de vació o larga preparación de muestras) porque es mucho más sencillo. Simplemente se aplica un chorro de líquido a presión con carga eléctrica sobre la superficie que se quiere analizar. Las gotas actúan como proyectiles microscopios, quitando trozos invisibles de la muestra y transfiriendo la carga a esas moléculas también. A continuación las gotas, junto con las moléculas de la muestra que ya llevan dentro, están aspiradas por un espectrómetro de masas estándar. 

Avances en las investigaciones con células madre

Un artículo en el Technology Review del MIT recoge lo que podría ser el primer avance real en la medicina logrado a través de las investigaciones científicas con células madre en cuanto a un posible tratamiento eficaz para personas con parálisis. 

El profesor Hans Keirstead de la Universidad de California-Irvine ha logrado que ratas paralizadas vuelvan a andar gracias a ser inyectados con células cerebrales sanas, recogidas de una mezcla creada por el científico y su equipo con celulas madre embrionarias humanas. El objetivo de Keirstead es aplicar su terapia a seres humanos para 2006. 

Si logra cumplir con su plan de trabajo, Keirstead habrá desarrollado el primer tratamiento realizado con células madre embrionarias humanas y practicado sobre seres humanos. 

En una entrevista con el Technology Review, Keirstead dice haberse sentido "sorprendido, emocionado y humilde" con los avances logrados. "Simplemente quiero ver a una sola persona cuyo estado mejora gracias a algo que yo he creado" 

Keirstead ha convertido células madre en células especializadas que logran que los señales cerebrales atraviesen la médula espinal. Estas nuevas células luego han reparado la columna vertebral de ratas varias semanas después de que ésta fuera herida. 

El estado de California acaba de aprobar fondos de $3 billones de dólares para financiar la investigación con células madre. En estos momentos el equipo de científicos dirigido por Keirstead sigue experimentando con ratas para asegurar que las células inyectadas hacen lo que deben hacer sin causar efectos secundarios. "No quisiera que creciesen uñas de pie dentro del cerebro" ha dicho el investigador. 

Avances en Medicina: Cirugía a distancia

Un equipo de investigadores, dirigido por el conocido experto en robótica Shane Farritor, trabaja en un avance tecnológico dentro del campo de la medicina que podría lograr salvar la vide de víctimas de accidentes o soldados en el mismo lugar donde han sufrido sus heridas. 

Este trabajo es fruto de una colaboración entre el Departamento de Ingeniería y la Facultad de Medicina de la Universidad de Nebraska. Los investigadores están desarrollando diminutos robots que se desplazan sobre ruedas, que podrían ser insertados en el abdomen del herido y luego controlado por cirujanos a cientos de kilómetros de distancia. En los experimentos científicos llevados a cabo con animales, los mini-robots llevaban cámaras con diodos que emitían luz para iluminar el abdomen de cerdos, y utilizaban transmisores de radio para emitir imágenes de vídeo. 

En un caso de ser utilizados en la escena de un desastre natural o un campo de batalla, los robots llevarían diversas herramientas para que cirujanos a distancia pudiesen frenar hemorrágias internas (la mayor causa de la muerte traumática) utilizando diversos métodos. Los investigadores quieren perfeccionar una familia de pequeños robots que paramédicos podrían insertar en un paciente a través de una pequeña incisión.


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 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 nanotubos de carbón 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 plasmidos 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 transplante de genes. Nuevos avances científicos lograrán que sea posible el transporte de medicamentos y el desarrollo de otras nuevas técnicas médicas. 

 


Nanotecnología molecular y sensores
La nanotecnología es la manipulación de materiales a una escala molecular. Muchos científicos utilizan hebras artificiales de ADN para lograrlo. 

Technology Review publica que investigadores de la Universidad de Dortmund han descubierto la forma de hacer que ADN pegue y separe nanopartículas de oro a medida. Se podría aplicar este método a sensores que detectan sustancias y actividades biológicas en el laboratorio y en el cuerpo humano. También se podría aplicar a materiales programables cuyas propiedades se pueden cambiar al añadir un trozo de ADN. 

ADN consiste en cuatro bases químicas - adenina, guanina, citosina y timina - unidas a un esqueleto de fosfato-azúcar. Las hebras de ADN se unen cuando las secuencias de bases se aparean - adenina con timina y citosina con guanina. Con el nuevo avance científico desarrollado por el equipo alemán, es posible lograr que hebras artificiales cortas de ADN formen estructuras, y luego se puede manipularlas para que se peguen a otros materiales y a continuación, es posible organizar estos otros materiales dentro de una estructura. 

En esta investigación, los científicos utilizaron dos secuencias de hebras sencillas de ADN que se pegan a una nanopartícula de oro y una tercera hebra con tres secciones. Las primeras dos secciones de la tercera hebra aparean con cada una de las hebras de nanopartículas, pegándolas para que las nanopartículas de oro que llevan se posicionan cerca. Se puede separar las nanoparticulas utilizando un tercer tipo de hebra ADN que es igual que la hebra pegada de ADN. Esta hebra se adhiere primero a la tercera sección, la que está libre, de la hebra adhesiva de ADN y tira hasta que toda la hebra se despegaue.

Esperanza para enfermos de Alzheimer

Este mes el Journal of Alzheimer's Disease publica un artículo (ver abstract en esta lista de artículos) sobre una nueva vacuna que podría reducir los síntomas de la enfermedad de Alzheimer. 

Los enfermos de Alzheimer experimentan una pérdida progresiva de la función cognitiva debido a la apariencia de depósitos de amiloide-beta en el sistema nervioso central. Según los últimos avances en las investigaciones sobre esta enfermedad, si se lograse impedir o retrasar la apariencia de estos depósitos, se podría controlar de forma mucho más eficaz el desarrollo de Alzheimer. 

Los científicos autores del mencionado artículo, enlazaron ADN Aß a un virus vector adeno asociado y administraron esta vacuna de forma oral a los ratones. Además de disminuirse los niveles de Aß, se logró reducir la respuesta inmune de las células T. Una sola dosis de esta vacuna mejoró la producción de anticuerpos Aß durante más de 6 meses. La inmunohistoquimica de los tejidos cerebrales de los ratones mostró que los depósitos celulares de amiloide fueron mucho menos comparado con ratones no vacunados. 

Según el artículo, "Esta nueva vacuna oral no provoca fuertes reacciones inmunes de las células T, y por tanto podría reducir los efectos secundarios de tales meningoencefalitis... Parece que esta nueva terapia pueda ser eficaz en la prevención y el tratamiento de la enfermedad de Alzheimer.

 

Avances en la Medicina: Moléculas RNA, tratamientos del futuro


Terapias basadas en las moléculas RNA podrían tratar cualquier enfermedad, desde el cáncer hasta el SIDA, pasando por la gripe. Con nuevos avances tecnológicos los científicos investigando esta nueva clase de medicina, cuyo potencial podría revolucionar el tratamiento de todo tipo de enfermedades, pretenden eliminar la barrera más importante para su aplicación práctica: cómo introducir las medicinas en el organismo humano. 

En sus investigaciones más recientes, científicos han desarrollado métodos basados en interferencia de RNI o RNAi (un proceso natural en el que moléculas dobles RNA cierran genes de forma dirigida) eficaces en suministrar tratamiento. De hecho, desde hace 2001 cuando se demostró su efectividad en las células humanas, los científicos utilizan en sus investigaciones RNAi, pero no han logrado superar las dificultades que supone dirigir las RNAs a donde tienen que ir dentro del organismo para tratar la enfermedad. Las moléculas RNA tienden a degradarse de forma rápida una vez dentro del cuerpo, es difícil lograr que entren dentro de las células que deben tratar, y también es difícil lograr que se dirijan a los tejidos objetivos de la terapia. 

Según Technology Review del MIT, el imunólogo Jianzhu Chen y su equipo de investigación han tomado un paso gigante en encontrar la solución a este problema. El equipo de Chen ha utilizado con éxito un pequeño polímero para introducir RNAs diseñadas para impedir el avance de la gripe en ratones. Chen introdujo una cantidad muy pequeña de la mezcla RNA-polímero en las venas de los animales; el polímero le llevó al RNA por el flujo sanguíneo hasta los pulmones, reduciendo en mil veces la cantidad del virus encontrada en los pulmones de los animales. 

Según los expertos, esto supone la prueba de que el reparto sistemático y eficaz de RNA es posible, abriendo todo tipo de puertas a nuevos tratamientos más eficaces de múltiples enfermedades padecidas por el ser humano. 

Investigación con células madre para transplantes de órganos


Un equipo de investigadores del MIT ha desarrollado una nueva tecnología que podría potenciar la capacidad científica de crear tipos específicos de células partiendo de 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 muy importantes para la creación de órganos para transplantes 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 pluripotenciales. 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
Placa (foto de Dan Anderson publicada en la página del MIT) 
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. 


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