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Nano armas se unen a la lucha contra el cáncer
Imagínese recibir tratamiento para el cáncer con un par de visitas a su médico. Simplemente le da una inyección y luego, un par de semanas después, pasa luz infrarroja por su cuerpo para activar los agentes que matan el cáncer y extirpar el tumor. ¿Suena como una novela de Ray Bradbury? No le digas eso a Naomi Halas. Es profesora Stanley C.Moore de ingeniería eléctrica e informática y profesora de química en la Universidad de Rice, y lo ha más de lo imaginado: ha estado desarrollando el proceso desde 1997, cuando inventó partículas minúsculas con un enorme potencial terapéutico. Ella los llama nanoconchas.
Las nanoconchas son esferas concéntricas microscópicas con núcleos de sílice y conchas de oro. El oro le da a Halas la respuesta térmica y óptica que requiere su proceso de tratamiento, y el cuerpo no genera anticuerpos contra él. Al variar el tamaño del núcleo de sílice y el grosor del oro, Halas descubrió que podía sintonizar las nanocapas para absorber la luz de diferentes longitudes de onda. Para el tratamiento del cáncer, dice, el infrarrojo resultó ser el mejor porque penetra más en el cuerpo.
En los experimentos, las nanoconchas se inyectan en el torrente sanguíneo de un animal, donde los agentes dirigidos que se les aplican buscan y se adhieren a los receptores de superficie de las células cancerosas. La iluminación con luz infrarroja eleva la temperatura de las células a 55 grados Celsius y quema el tumor, dice ella.
Halas centra su investigación en el cáncer de mama. Ella espera que las nanoconchas sean una alternativa viable a la quimioterapia, que mata tanto las células sanas como las enfermas, lo que resulta en efectos secundarios como fatiga y caída del cabello. Las nanoconchas, por el contrario, matan solo las células cancerosas.
Las nanoconchas son solo una de las varias opciones interesantes de diagnóstico y tratamiento del cáncer que la nanotecnología está haciendo posible. Miqin Zhang, científica de materiales de la Universidad de Washington en Seattle, está utilizando su propia marca de nanopartículas para diagnosticar y tratar tumores cerebrales de forma no invasiva. Ella llama a sus creaciones conjugados inteligentes de nanopartículas superparamagnéticas. Cuando se inyectan en el torrente sanguíneo, estas partículas se dirigen a los receptores de las células de los tumores con agentes conocidos como ligandos.
Las nanopartículas de Zhang están hechas de óxido de hierro, que se vuelve especialmente magnético cuando se coloca en un campo magnético como los que se utilizan para las imágenes de resonancia magnética. Por lo tanto, las partículas mejoran la señal que emiten los tumores durante una resonancia magnética, lo que las hace más fáciles de localizar en las primeras etapas del desarrollo. Pero las nanopartículas deben circular el tiempo suficiente para localizar las células tumorales. Zhang descubrió en los primeros ensayos que fueron rápidamente atacados y neutralizados por anticuerpos llamados microfagos. Entonces los modificó con un recubrimiento de polímero que resiste los microfagos. Una vez que las nanopartículas encuentran tumores, liberan un fármaco adjunto llamado metotrexato, que mata la célula.
Las nanopartículas, que tienen menos de 20 nanómetros de diámetro, deben permanecer separadas de otras para hacer su trabajo. Las nanopartículas agregadas se vuelven tóxicas para los tejidos sanos, explica Zhang. El pequeño tamaño de las partículas y su capacidad para penetrar el tejido les permite atravesar lo que se conoce como la barrera hematoencefálica y llegar a los tumores cerebrales. Zhang dice que esto es clave porque el 98 por ciento de los medicamentos contra el cáncer no pueden hacer eso.
La combinación de Zhang de sustancias químicas complementarias evita la necesidad de biopsias en el diagnóstico y las operaciones en el tratamiento y ayuda a la detección temprana del cáncer. Pero según Mauro Ferrari, profesor de ingeniería biomédica en la Universidad Estatal de Ohio y especialista en aplicaciones biomédicas de la nanotecnología, el trabajo de Zhang también puede ayudarnos a ver mejor los contornos anatómicos del cáncer. Y según Zhang, determinar los contornos de un tumor permite a los médicos evaluar si una terapia contra el cáncer es efectiva en humanos en cuestión de días en lugar del estándar actual de tres meses.
La investigación de Zhang también nos brinda información sobre la expresión molecular del cáncer y su evolución en el tiempo, agrega Ferrari. Un problema crucial en la investigación del cáncer, explica, es que en diferentes etapas de desarrollo los receptores de las células cancerosas tienen una expresión molecular diferente; es por eso que las células cancerosas en etapa temprana pueden absorber fácilmente un fármaco eficaz; con células cancerosas en estadio avanzado, es posible que la absorción del fármaco no sea satisfactoria. La investigación de Zhang, dice, puede ayudarnos a llevar los medicamentos adecuados a las personas adecuadas en el momento adecuado.
La nanotecnología también está proporcionando nuevos instrumentos para examinar el cáncer, lo que podría generar nuevos conocimientos. Adam T. Woolley, profesor asistente de química y bioquímica en la Universidad Brigham Young, ha creado un método para examinar mutaciones en el ADN para determinar la predisposición genética de una persona a desarrollar cáncer. Utiliza una técnica llamada microscopía de fuerza atómica (AFM), una variación a nanoescala de los viejos tocadiscos, pero con una punta de aguja de sólo unos 10 nanómetros de ancho. Woolley deposita primero moléculas de ADN sobre silicio o mica, cuyas superficies son tan planas que el ADN sobresale por encima de ellas. Luego, explica, usa AFM para examinar la topografía del ADN para localizar las posiciones de las mutaciones en él.
La diferencia de tamaño entre las secuencias de ADN nativa y mutada es extremadamente pequeña, aproximadamente una décima parte de un nanómetro, que está en el límite de lo que puede ver el AFM, dice Woolley. Por lo tanto, usa nanopartículas de oro de aproximadamente 10 nanómetros para marcar las posiciones de las mutaciones; de esta manera, AFM puede verlas fácilmente. El examen del ADN a este nivel permite a Woolley identificar si se produce una doble mutación, que puede suponer un mayor riesgo de cáncer genético que una sola. Las técnicas convencionales para observar los cromosomas no pueden determinar tal información. El trabajo de Woolley tiene un gran potencial de diagnóstico, dice Ferrari; La identificación de los marcadores genéticos del cáncer podría permitir la prevención antes de que se forme la primera célula tumoral.
Debido a sus implicaciones prácticas para la lucha contra el cáncer, esta investigación ha captado la atención de la comunidad científica en general. Robert S. Langer, profesor Kenneth J. Germeshausen de Ingeniería Química y Biomédica en el MIT, está particularmente impresionado por las nanocapas de Halas. Son un muy buen ejemplo de cómo aplicar la ciencia de los materiales a problemas médicos importantes, dice, y tienen un gran potencial emocionante. Rick Kenyon, director de programa del programa de investigación del cáncer de mama en el Departamento de Defensa, está financiando la investigación de Halas porque, dice, las nanoconchas permiten la detección más temprana y la destrucción más temprana de las células cancerosas, que es exactamente lo que todos en el campo del cáncer están buscando. por.