La biotecnología es un área multidisciplinaria, que emplea la biología, química y procesos, con gran uso en agricultura, farmacia, ciencia de los alimentos, ciencias forestales y medicina. Probablemente el primero que usó este término fue el ingeniero húngaro Karl Ereky, en 1919.
Una definición de biotecnología aceptada internacionalmente es la siguiente:
La biotecnología se refiere a toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos
Sistema portátil de producción de fármacos a partir de microbios
Científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han desarrollado un sistema de producción portátil para fabricar productos biofarmacéuticosespecíficos a demanda.
Para los médicos en el campo de batalla o en zonas marginadas el acceso a los medicamentos es todo un reto. Los fármacos típicamente se producen en grandes plantas centralizadas, esto significa que deben ser transportados al lugar de tratamiento, algo que puede ser costoso, consume tiempo, y es difícil de ejecutar en las zonas pobres.
El nuevo sistema será capaz de usar microbios para fabricar pequeñas cantidades de vacunas ymedicamentos contra la diabetes o el cáncer bajo demanda, refieren los investigadores.
El sistema puede ser utilizado para producir medicamentos en cantidades tan bajas como se desee, por ejemplo una sola dosis para un paciente, a partir de un dispositivo compacto que contiene una pequeña “gota” de células en un líquido.
De esta forma, se podría llegar a usar el sistema para fabricar una vacunadestinada a sofocar un brote epidémico de una enfermedad en un poblado remoto, o para tratar una dolencia en un astronauta que no pueda regresar a la Tierra a tiempo de recibir allí el tratamiento.
Levadura Pichia pastoris
El prototipo de pruebas del sistema se basa en una cepa programable de levadura, la Pichia pastoris, a la cual se puede inducir para expresar una de dos proteínas terapéuticas cuando es expuesta a un estímulo químico en particular.
Los investigadores eligieron la P. pastoris porque puede crecer hasta densidades muy altas a partir de fuentes de carbono simples y baratas, además de ser capaz de expresar grandes cantidades de proteína. En las pruebas se alteró la levadura de manera que pudiera ser modificada genéticamente de forma más sencilla, y pudiera incluir más de una diana terapéutica en su repertorio.
“Es una solución pragmática para biomanufactura, y una plataforma flexible y portátil de equipo que demuestra una forma auténtica de producción de productos terapéuticos personalizados”.
Ahora, los investigadores trabajan en el uso del sistema en tratamientos combinados, en el que múltiples agentes terapéuticos, tales como anticuerpos, se utilicen juntos.
“Si se pudiera diseñar una sola cepa, o tal vez incluso un consorcio de cepas que crezcan, para la elaboración de productos biológicos o combinaciones de anticuerpos, podría ser una forma muy potente de la producción de estos medicamentos a un costo razonable”, dijo Tim Lu, responsable de la investigación.
Bacterias genéticamente modificadas combaten el cáncer
Investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) lograron programar cepas inofensivas de bacterias Escherichia Colique atacan y suministran cargas de medicamentos contra células cancerígenas.
Hasta ahora las bacterias genéticamente modificadas han logrado reducir tumores hepáticos en ratones de forma mucho más efectiva, que con los tratamientos en solitario.
En el estudio los investigadores fueron capaces de integrar circuitos genéticos artificiales en las bacterias, que les permitían a los microbios eliminar células cancerosas de tres maneras diferentes. Primero con un circuito que produce una molécula llamada hemolisina, que destruye las células tumorales al dañar sus membranas celulares. Otra produce un fármaco que induce a la célula a someterse a suicidio programado, y el tercer circuito produce una proteína que estimula el sistema inmunológicodel cuerpo para atacar el tumor.
Para evitar los posibles efectos secundarios de estos fármacos, los investigadores añadieron un cuarto circuito genético que permite a las células detectar otras bacterias en su entorno, a través de un proceso conocido como la detección de quórum o autoinducción, el cual es un mecanismo de regulación de la expresión genética en respuesta a la densidad de población celular.
Así cuando la población alcanza su objetivo predeterminado, las células bacterianas se autodestruyen. “Eso nos permite mantener la carga de bacterias en todo el organismo en un nivel bajo y mantener así el bombeo de los medicamentos sólo en el tumor”, dijo Sangeeta Bhatia, responsable de la investigación.
Científicos chinos de la Universidad de Sinchuan, serán los pioneros en usar la tecnología de modificación genética CRISPR en humanos. La técnica se aplicará sobre pacientes con cáncer de pulmón con metástasis en los que no ha funcionado otros tratamientos como la quimioterapia o la radioterapia.
La tecnología CRISPR/Cas9es una herramienta molecular utilizada para “editar” o “corregir” el genoma de cualquier célula, incluyendo a las células humanas. Sería algo así como unas tijeras moleculares que son capaces de cortar cualquier molécula de ADN haciéndolo además de una manera muy precisa y totalmente controlada para modificar su secuencia, eliminando o insertando nuevo ADN.
Científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han desarrollando un parche adhesivo para tratar el cáncer. Éste es capaz de administrar una triple terapia, farmacológica, genética y fototerapia mediante nanoesferas y nanobarras que atacan directamente a los tumores.
En ratones, el dispositivo destruyó tumores colorrectales e impidió su rebrote después de la cirugía. Según algunas estimaciones, aproximadamente una de cada 20 personas desarrollarácáncer colorrectaldurante su vida, lo que lo convierte en una de las formas más comunes de cáncer.
La primera línea de tratamiento más utilizada es la cirugía, pero esto puede suponer una eliminación incompleta del tumor. Pueden quedar células cancerosas, lo que potencialmente podría llevar a una reaparición y a un mayor riesgo de metástasis.
Además, las terapias convencionales utilizadas para evitar que los tumores vuelvan a salir después de la cirugía no diferencian lo bastante entre células sanas y cancerosas, lo que lleva a efectos secundarios graves.
Dicho parche está hecho de un hidrogel que contiene nanorods de oro, que se calientan cuando la radiación de infrarrojo cercano se aplica a la zona local para térmicamente destruir el tumor. También cuenta con nanobastones equipados con un fármaco de quimioterapia, que se libera cuando se calientan, para apuntar al tumor y sus células circundantes.
El matrimonio entre medicina y nanotecnología se está convirtiendo en una pesadilla para el cáncer. El combate de la enfermedad a escala molecular permite detectar precozmente la enfermedad, identificar y atacar de forma más específica a las células cancerígenas. Por eso, el Instituto Nacional del Cáncer de Estados Unidos (NCI) ha puesto en marcha la "Alianza para la nanotecnología en el cáncer", un plan que incluye el desarrollo y creación de instrumentos en miniatura para la detección precoz.
En la administración de medicamentos, las nuevas técnicas son ya un hecho. "Los nanosistemas de liberación de fármacos actúan como transportadores de fármacos a través del organismo, aportando a estos una mayor estabilidad frente a la degradación, y facilitando su difusión a través de las barreras biológicas y, por lo tanto el acceso a las células diana", explica María José Alonso, investigadora de la Universidad de Santiago de Compostela, que trabaja en esta línea desde 1987. En el tratamiento del cáncer, asegura, "estos nanosistemas facilitan el acceso a las células tumorales y reducen la acumulación del fármaco en las células sanas y, por tanto, reducen los efectos tóxicos de los antitumorales".
Desde Estados Unidos, el nanotecnológo James Baker ha desarrollado otra alternativa basada en unas moléculas artificiales conocidas como dendrímeros. Se trata de estructuras tridimensionales ramificadas que pueden diseñarse a escala nanométrica con extraordinaria precisión. Los dendrímeros cuentan con varios extremos libres, en los que se pueden acoplar y ser transportadas moléculas de distinta naturaleza, desde agentes terapéuticos hasta moléculas fluorescentes. En su estudio, Baker aplicó una poderosa medicina contra el cáncer, metotrexato, a algunas ramas del dendrímero. En otras, incorporó agentes fluorescentes, así como ácido fólico o folato, una vitamina necesaria para el funcionamiento celular. "Es como un caballo de Troya. Las moléculas del folato en la nanopartícula se aferran a los receptores de las membranas celulares y éstas piensan que están recibiendo la vitamina. Al permitir que el folato traspase la membrana, la célula también recibe el fármaco que la envenena", señaló el investigador.
AyerInfineon Technologies anunció que ha logrado desarrollar el transistor de nanotubo más pequeño del mundo. El transistor en cuestión mide solo 18 nanometros – cuatro veces menos que los transistores de nanotubos actualmente en el mercado.
Para lograr este nuevo avance en nanotecnología, los científicos cultivaron en un proceso controlado nanotubos de carbón con un diámetro cada uno de 0,7 a 1,1 nanometros. Un pelo humano es 100.000 veces más grueso que estos nanotubos.
Las propiedades características de los nanotubos de carbón hacen que sea el material ideal para muchas aplicaciones microelectrónicas. Los nanotubos llevan corriente eléctrica prácticamente sin fricción sobre la superficie gracias al transporte balístico de electrones, por lo que pueden llevar 1000 veces más que cable de cobre. Además pueden ser conductores o semiconductores.
Ifineon fue una de las pioneras del desarrollo de nanotubos de carbón y fue una de las primeras en demostrar cómo se cultivan nanotubos de carbón en puntos definidos con precisión y cómo se pueden construir transistores para cambiar corrientes más grandes.
El transistor de nanotubo que acaba de inventar los investigadores de Ifineon es capaz de trasladar corrientes en exceso de 15 µAa un voltaje de solo 0.4 V (lo normal es 0,7 V). Se ha observado una densidad superior en unas 10 veces a la de silicona.
Según un artículo de Nanotech.org, unos científicos del Research Institute for Cell Engineering del Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Avanzadas de Japón y la Universidad de Agricultura y Tecnología de Tokyo han utilizado unas nanoagujas unidas a un microscopio de fuerza atómica para penetrar el núcleo de células vivas.
Los investigadores creen que se podrá utilizar estas nanoagujas para repartir moléculas tales como ácidos nucleicos, proteínas o otros sustancias químicas al núcleo, o incluso para realizar cirugía celular. Las puntas de aguja AFM no se podían utilizar como agujas al no ser suficientemente largas para las células que medían más de 3 micrones (milésima parte de un mm.), así que los científicos crearon sus propias nanoagujas.
Al principio intentaron aplicar sondas de nanotubos de carbón, pero hubo un problema con la dureza mecánica. Finalmente utilizaron una punta AFM grabado de silicona. Lograron desarrollar unas nanoagujas cuyo diámetro mide entre 200 y 200 nanometros con una longitud de 6-8 micrones con una forma cilíndrica que permite mayor posibilidad de inserción en la célula.
Los científicos hicieron pruebas de unas nanoagujas basadas en una sonda AFM con una punta tetraedral sobre unas células embriónicas de riñón con una proteína roja fluorescente. Los científicos pintaron las agujas con una tinta fluorescente y estudiaron su posición en la célula mediante exploración láser con microscopio confocal. Las células medían unos 10 a 20 micrones de alto. Los nanoagujas penetraron tanto la membrana celular como la membrana nuclear y llegaron hasta el núcleo de las células. Según los científicos, esta es la primera vez que se logra llegar al núcleo de una célula viva tan pequeña con un grado de posicionamiento tan alto.
La nanotecnología es la manipulación de la materia a escala nanométrica. La más temprana y difundida descripción de la nanotecnología12 se refiere a la meta tecnológica particular de manipular en forma precisa los átomos y moléculas para la fabricación de productos a macroescala, ahora también referida como nanotecnología molecular. Subsecuentemente una descripción más generalizada de la nanotecnología fue establecida por la Iniciativa Nanotecnológica Nacional, la que define la nanotecnología como la manipulación de la materia con al menos una dimensión del tamaño de entre 1 a 100 nanómetros. Esta definición refleja el hecho de que los efectos de la mecánica cuántica son importantes a esta escala del dominio cuántico y, así, la definición cambió desde una meta tecnológica particular a una categoría de investigación incluyendo todos los tipos de investigación y tecnologías que tienen que ver con las propiedades especiales de la materia que ocurren bajo cierto umbral de tamaño. Es común el uso de la forma plural de "nanotecnologías" así como "tecnologías de nanoescala" para referirse al amplio rango de investigaciones y aplicaciones cuyo tema en común es su tamaño. Debido a la variedad de potenciales aplicaciones (incluyendo aplicaciones industriales y militares), los gobiernos han invertido miles de millones de dólares en investigación de la nanotecnología. A través de su Iniciativa Nanotecnológica Nacional, Estados Unidos ha invertido 3,7 mil millones de dólares. La Unión Europea ha invertido[cita requerida] 1,2 mil millones y Japón750 millones de dólares.3
Nano es un prefijo griego que indica una medida (10-9 = 0,000 000 01), no un objeto; de manera que la nanotecnología se caracteriza por ser un campo esencialmente multidisciplinar, y cohesionado exclusivamente por la escala de la materia con la que trabaja.
Una alimentación inteligente es aquella que se adapta al gusto del consumidor.
La nanotecnología en la alimentación, va a permitir que disfrutemos de alimentos más saludables, más resistentes y de mayor durabilidad. Sin embargo, todo lo que es nuevo es observado con cierto escepticismo y existen razones para ello, durante estos últimos meses la Comisión Europea ha estado estudiando junto a los científicos la posibilidad de regular todas aquellas aplicaciones nanotecnológicas relacionadas con la alimentación.
Es difícil identificar los nanoalimentos existentes. Los fabricantes han comprendido que la incertidumbre que hay en torno a estas tecnologías puede asustar a los consumidores. No comunican con claridad acerca de su uso. De acuerdo con las informaciones recibidos de la ONG “Amigos de la Tierra”, toda la cadena alimentaria está actualmente contaminada. En un informe titulado “Del laboratorio a nuestra mesa: nanotecnología en la alimentación y la agricultura”, lista 106 productos alimenticios, como jugos de frutas enriquecidos, o suplementos vitamínicos, o un nano-té.
Distintas organizaciones que velan por los intereses de los consumidores quieren que este campo se regule y se aumente la prudencia con respecto a los materiales nanotecnológicos, se plantea la necesidad de conocer cómo pueden afectar estas nuevas aplicaciones a nuestro organismo y al medio ambiente
El muy difícil controlar el comportamiento de las nanopartículas. No cumplen las leyes de la física clásica, sino las de la mecánica cuántica. Construir partículas, átomo a átomo, manipular la materia a nivel molecular, es penetrar en un mundo de total incertidumbre. Las propiedades de las partículas, como su toxicidad o su persistencia biológica, varían mucho con el tamaño. Los conocimientos actuales sobre los efectos tóxicos de las nanopartículas son muy limitados.
En cuanto a su producción y comercialización, los fabricantes se atienen a la directiva europea REACH. Algo insuficiente. Sólo son enviados los productos químicos que se producen en cantidad superiores a una tonelada al año. Dado el tamaño de las nanopartículas, semejante peso no se produce siempre. Tampoco existe un requisito de etiquetado, y sólo ahora el Parlamento Europea empieza a abordar esta cuestión.
La ética y la prudencia serán aspectos dominantes en el código, siempre se deberá velar por el medio ambiente y por la salud humana. Por el momento, es el único planteamiento viable dado que no se puede regular algo que todavía no ha generado ningún problema o riesgo, regular algo desconocido sería como vetar la investigación y por tanto, las mejoras que se pueden lograr.
La nanotecnología aplicada a la alimentación proporcionará enormes beneficios a la industria y al consumidor, por fortuna la mayoría de las investigaciones en este campo dentro del sector alimentario están orientadas a mejorar la salud de los alimentos, pero no olvidemos que los transgénicos también se desarrollaron inicialmente para mejorar la calidad de los productos y la alimentación humana, algo que en algunos casos ha sido un fiasco.
Por el momento, las empresas alimentarias no dan a conocer sus investigaciones o invitan a otros investigadores a contrastar resultados, los trabajos y estudios se desarrollan en secreto y existen desconocimiento sobre el riesgo real que pueden provocar los nanomateriales. Como sabemos, la nanotecnología alimentaria manipula todo tipo de sustancias con tamaños inferiores a una micra y con las que se pretende potenciar cualidades organolépticas, saludables, etc. Ya hace algunos años que se habla de los alimentos nanotecnológicos o nanoalimentos, éstos se han ido introduciendo en el mercado y las etiquetas de los productos alimentarios no especifican su presencia, información que los consumidores deberíamos conocer.
Para que los nanoalimentos puedan ser valorados y aceptados, es imperiosa una política de transparencia total en la que se impliquen todas las agencias de seguridad alimentaria, sería necesario crear un registro público online en el que se dieran a conocer todos los alimentos que se han desarrollado utilizando la nanotecnología. Además debería aplicarse la legislación correspondiente que exigiera la inclusión en las etiquetas de los productos, de la información sobre los nanomateriales empleados. Por otro lado las empresas deben poner a disposición de las comisiones pertinentes la información detallada sobre cómo funcionan este tipo de materiales y cómo interactúan con el organismo.
El olor y el sabor de los alimentos ecológicos son mucho más significativos y valorables que los que pueden ofrecer los alimentos obtenidos a través de la producción industrial, esto es algo que los consumidores de productos ecológicos saben. Estas cualidades han sido constatadas por la Unión Española de Catadores en el marco de un estudio presentado por FEPECO (Federación Española de Empresas con Productos Ecológicos) y el MARM (Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino), en el que se pretendía realizar la primera valoración organoléptica y sensorial de alimentos ecológicos en España.
Nanopartículas de ARN para el tratamiento del cáncer e infecciones virales
ARN (ácido ribonucleico), es un ácido nucleico compuesto por los nucleótidos: Adenina (A), Uracilo (U), Citosina (C) y Guanina (G), existen diversos tipos de ARN, que cumplen distintas funciones: ARN mensajero (ARNm) es el portador de la información genética copiada desde el ADN, ARN de transferencia (ARNt) transporta aminoácidos hasta los ribosomaspara la síntesis de proteínas, el ARN también puede tener función catalítica, como ocurre en las Ribozimas y el ARN ribosomal, éste último también forma parte de la estructura de los ribosomas, esta gran versatilidad funcional y estructural hacen al ARN muy atractivo en aplicaciones tecnológicas, en particular su utilización como nanomaterial para el diseño de nanoestructuras y nanodispositivos de interés, al igual como ocurre con la Nanotecnología con ADN su plegamiento basado en el apareamiento de bases canónico y no canónico, es predecible y por ende es posible diseñar computacionalmente (in silico) nanoestructuras en 3D, a partir de secuencias lineales de ADN o ARN que se autoensamblan espontáneamente. Dentro de las aplicaciones, tiene una gran proyección, el diseño de nanopartículas de ARN para aplicaciones biomédicas, ya que el ARN como nanomaterial, además tiene la ventaja, de que al ser de origen biológico es biocompatible, y no genera toxicidad.
Actualmente se están diseñando nanoestructuras de ARN con forma de anillo funcionalizadas con Aptámeros y ARNi (ARN de interferencia), éste último tiene la capacidad de silenciar genes impidiendo su expresión, esto puede ser útil en células cancerosas si se silencian genes claves implicados en la replicación de células tumorales, por otro lado también puede ser aplicado a infecciones virales impidiendo la replicación del virus como por ejemplo el VIH, estos estudios demuestran el gran potencial que tienen las Nanopartículas de ARN en las aplicaciones biomédicas.
La nanotecnología, con sus asombrosos logros, le está saliendo al camino a uno de los problemas esenciales en los tratamientos contra el cáncer: evitar al máximo los daños colaterales. Y no solo eso, sino que además los podrá volver más eficientes.
Los fármacos creados para atacar a los tumores han sido diseñados para enlazarse a las células con un crecimiento rápido, característica esencial de las células tumorales cuando el cáncer está en su momento de expansión. Pero otras células del organismo tienen también un crecimiento rápido: los folículos pilosos, las células que recubren el interior del sistema digestivo, la piel... Por esta razón, los tratamientos quimioterapéuticos tienen, como es bien sabido, el desagradable efecto de la caída del pelo, por poner el ejemplo más evidente.
Durante toda una década, Warren Chan, profesor de ingeniería en la Universidad de Toronto en Canadá, ha estado ocupado en encontrar la manera de aplicar los fármacos de la quimioterapia solo en los tumores, y en ningún otro lugar. Ahora, y como resultado de ese trabajo de investigación, su laboratorio ha diseñado un conjunto de nanopartículas unidas a hebras de ADN que tienen la capacidad de cambiar de forma para conseguir el acceso selectivo al tejido enfermo.
Nicola Armaroli y sus colaboradores del CNR-ISOF, en Bolonia (Italia), y Davide Bonifazi y sus colegas de la Universidad de Trieste (Italia) y la Universidad de Namur (Bélgica), han mostrado que las moléculas pi-conjugadas que disponen de sitios de enlace complementarios para el hidrógeno se pueden autorganizar en nanoestructuras complejas, que parecen sistemas micelares naturales.
La naturaleza crea espectaculares nanoarquitecturas por medio de combinaciones supramoleculares específicas de varios componentes. Con frecuencia se utilizan enlaces de hidrógeno complementarios, lo que conduce a la optimización de las interacciones solvofílicas.
El uso de enlaces de hidrógeno permite también modificar el tamaño y la forma de las nanopartículas. Los enlaces de hidrógeno complementarios promueven la autorganización de las nanopartículas en conjuntos uniformes y permiten, también, que se produzca un cambio morfológico de nanopartícula a vesícula.
Armaroli ha mostrado también que la nanoagrupación se puede invertir con temperatura, lo que sugiere posibles aplicaciones de estas vesículas en la administración molecular.
El futuro está en la nanotecnología, reducir al nivel más minucioso posible para hacer un trabajo de hormiga que garantice una mejor calidad de resultado, en cualquier área que sea utilizada.
La nanotecnología es la manipulación de elementos altamente pequeños, que se miden en nanómetros, es decir, mil millonésimas partes de un metro. Esto involucra a la manipulación de moléculas y átomos para crear nuevas propiedades o si se puede, nuevos compuestos con mejores utilidades.
Es el estudio y desarrollo de sistemas en escala nanométrica. Estudia la materia desde un nivel de resolución nanométrico, entre 1 y 100 nanómetros aproximadamente. Este valor, en lenguaje físico se representa como 10^-9 metros.
Al poder manipular las partículas, pueden alterar la composición química de la materia (todo aquello que ocupa un lugar en el espacio), entonces, las propiedades fisicoquímicas serán absolutamente diferentes, en la situación espacial de las moléculas.
"Con la nanotecnología se puede ‘abonar’ el crecimiento de nuevas células que actualmente no se regeneran"
— Miguel Velázquez
Un átomo mide menos de 1 nanómetro, pero una molécula puede ser mayor. En esta escala se observan propiedades y fenómenos totalmente nuevos que se rigen bajo las leyes de la mecánica cuántica, estas nuevas propiedades son las que los científicos aprovechan para crear nuevos materiales (nanomateriales) o dispositivos nanotecnológicos.
La nanotecnología promete soluciones a múltiples problemas que enfrenta actualmente la humanidad, como los ambientales, energéticos, de salud (nanomedicina). En el mundo están comenzando a utilizarla para ubicar y suprimir células cancerígenas.
El doctor Miguel Velázquez, especialista en tecnologías aplicadas a la medicina, ejemplificó que mediante ella existe la posibilidad de implantar una molécula inteligente, casi un nanorobot, que tenga especificidad para liberar un medicamento en una zona altamente selectiva o destruir un tumor sin dañar a las células sanas. “Incluso se puede ‘abonar’ el crecimiento de nuevas células como las neuronas o el tejido cardiaco que hoy en día una vez muertas, no se regeneran más”, ilustró el galeno.
Sin embargo, esta nueva tecnología, debido a la capacidad de manipular micro partículas, puede conllevar a riesgos y peligros si son mal utilizadas. Sobre este aspecto, Velázquez refiere que todo lo referente a esta rama es aún experimental, por lo que todo lo que se pueda plantear al respecto aún no tiene exactitud.
¿Se puede aplicar la nanotecnología en Paraguay?, A decir del médico, insertar esta tecnología dentro del sistema sanitario paraguayo, requiere una súper inversión del gobierno que no estamos en condiciones de asumir ahora ante tantas otras prioridades.
“Aplicar la nanotecnología en Paraguay costaría miles de millones de dólares"
Desde el estreno en 1966 de la película “Viaje fantástico”, los médicos han soñado un vehículo médico real lo suficientemente pequeño como para poder navegar por el interior del cuerpo humano y arreglar las células dañadas. Gracias a una nueva investigación realizada por científicos de la Universidad de Tel Aviv, podríamos estar a tan solo tres años de que ese sueño se haga realidad.
Los planos del submarino y un mapa de su viaje inaugural han sido publicados a comienzos de este año en la revista Science por el Dr. Dan Peer, que actualmente dirige el equipo de investigación del Departamento de Inmunología e Investigación Celular de la Universidad de Tel Aviv. El equipo construirá y probará la “máquina” en cuerpos humanos.
Hecho a partir de materiales biológicos, el submarino médico real no tendrá espacio suficiente para llevar a Raquel Welch, pero la estructura de tamaño nanométrico será lo suficientemente grande como para llevar la carga: fármacos eficaces para eliminar las células cancerígenas y erradicar las proteínas defectuosas.
“Nuestro laboratorio está creando nanomáquinas biológicas”, señala el Dr. Peer. “Estas máquinas pueden dirigirse a células específicas. De hecho, podemos apuntar a cualquier proteína que pueda estar causando una enfermedad o trastorno en el cuerpo humano. Este nuevo invento trata el origen, no los síntomas”.
La historia de la nanotecnología trata del desarrollo y avances a lo largo del tiempo de los conceptos y trabajos experimentales que caen en la amplia categoría denanotecnología. A su vez incluye la discusión de su impacto en distintos ámbitos (sociales, económicos, educativos y tecnológicos) derivados de su desarrollo. Aunque la nanotecnología es relativamente reciente como tema de investigación científica, el desarrollo de varios conceptos centrales ha ocurrido a través de un periodo de tiempo largo. El surgimiento de la nanotecnología en la década de 1980 fue causado por la convergencia de varios avances e invenciones experimentales tales como el microscopio de efecto túnel en 1981 y el descubrimiento del fullereno en 1985, así como la formulación y popularización del marco conceptual sobre las metas de la nanotecnología que iniciaron con la publicación en 1986 del libro Motores de la Creación: La era de la Nanotecnología El campo de la nanotecnología es de creciente interés público y ha sido controversial, en particular a inicios del siglo XXI, cuando debates entre prominentes personajes del área tuvieron lugar, en particular sobre sus implicaciones potenciales, así como la factibilidad de las predicciones hechas por los partidarios de la nanotecnología molecular. En la primera década del siglo XXI, hemos presenciado los inicios de la comercialización de la nanotecnología, aunque en la mayoría de los casos limitada a aplicaciones de gran volumen más que en las aplicaciones disruptivas y revolucionarias que se han propuesto para el campo.
Las actividades humanas conducen aceleradamente a los grandes desequilibrios del planeta y a las amenazas ambientales sobre el futuro. Ante estas urgencias la dimensión nano aporta la esperanza de soluciones radicalmente nuevas tales como:
Cristales nanométricos capaces de aumentar la eficiencia de los paneles solares permitiendo una conversión rentable de la energía solar en eléctrica. La radiación solar recibida en una hora en la superficie del planeta podría producir la electricidad consumida en todo un año. Sólo falta lograr células solares baratas y muy eficientes capaces de aumentar significativamente la reducida captación actual de los paneles de silicio. Esto se puede lograr diseñando nanopartículas-nanocristales “realizadas a medida” de modo que cada una se comporte como una célula solar; nanopartículas capaces se captar el espectro visible e infrarrojo, aplicables como pintura sobre un soporte. Nada más ni nada menos que nanopaneles solares flexibles para los edificios y también para fabricar amplias alfombras solares capaces de captar la radiación en los desiertos.
Reducción de las emisiones contaminantes (partículas de hidrocarburos, cancerígenas y capaces de producir hasta ataques cardíacos) presentes en el habitáculo del coche y en el aire al ser emanadas por los caños de escape; mediante el agregado de nanopartículas catalíticas (Ej.: óxido de cerio) a los combustibles.
Creación de nanopartículas para eliminar los contaminantes tóxicos (nanoeliminación) de las reservas de agua potable (Ej: metales pesados) o de restaurar los suelos degradados por la industrialización masiva (aceites, pesticidas,…).
Los productos nanotecnológicos comienzan a salir de los laboratorios y llegan a nuestras vidas. Su propia toxicidad está en discusión y estudio para no cometer los errores de los desarrollos tecnológicos del siglo pasado.
Si le damos prioridad a la problemática ambiental, tal vez la nanotecnología, con la ayuda de la biotecnología capaz de hacer un mundo más verde, puedan salvar el planeta.
Un equipo de científicos del Sandia National Laboratories encabezado por los investigadores George Bachand y Wally Paxton, han desarrollado una red polimérica compleja que imita el sistema nervioso humano. Este hallazgo ha creado grandes expectativas en el campo de la biomedicina, especialmente, para el diseño de futuras prótesis más sofisticadas y que nuestro cuerpo asimilaría con más facilidad.
Imágenes en un microscopio de fluorescencia. En la imagen de la izquieda (roja) se muestra únicamente nanotubos de un cierto polímero mientras que en la imagen de la derecha (verde) también se muestran microtubos de proteínas. Algunos nanotubos son mayores de 100 micrómetros de largo mientras que cada nodo central de redes tiene un diámetro alrededor de 20 micrómetros.
Los investigadores del Departamento de Química del MIT (Massachusetts Institute of Technology) desarrollaron sensores utilizando nanotubos de carbono modificados químicamente capaces de detectar menos de 10 ppm (partes por millón) de gases tóxicos (J. Am. Chem. Soc., 2016). El sensor tiene un circuito cargado con nanotubos de carbono, normalmente altamente conductores, envueltos en un material aislante para mantenerlos en un estado altamente resistivo. Cuando se expone a ciertos gases tóxicos el material aislante específico es atacado en función de la concentración de la sustancia en el aire y los nanotubos vuelven a conducir la corriente enviando una señal legible por un teléfono celular inteligente con tecnología de comunicación de campo cercano (NFC). Los teléfonos celulares con nanosensores para sustancias tóxicas podrían ser utilizados por los soldados en el campo de batalla para evidenciar la presencia de armas químicas, los trabajadores de fábricas en las cuales puede haber fugas de sustancias peligrosas, ambientalistas para controlar niveles de contaminación del planeta y por los habitantes de un lugar para salvar sus vidas en caso escapes peligrosos o de atentados con gases letales. Los nanosensores en su conjunto pesan menos que una tarjeta de crédito. Un gramo de nanotubos de carbono alcanza para construir cuatro millones de dispositivos con un costo aproximado de 50 centavos de dólar cada uno. Una contribución de la nanotecnología en un desarrollo accesible capaz de mejorar de la seguridad personal y cuidar la salud.
La Nanotecnología al definirse en base a la escala (nanoescala) y no al tipo de sistema en estudio, es de carácter transversal y tiene aplicaciones en todas las actividades del quehacer humano, como medioambiente, sector energético, medicina, electrónica, exploración espacial, construcción, agricultura, cosmética, etc…, es por ello que el impacto de la Nanotecnología en nuestra sociedad es muy grande, y existe consenso de que Nanotecnología dará origen a la revolución industrial del siglo XXI, tal como lo dijo Charles M. Vest’s (ex-Presidente del MIT (Massachusetts Institute of Technology) en un discurso el año 2001. A continuación se describen algunas de las áreas en donde tiene aplicación la Nanotecnología.
Medio Ambiente
Las aplicaciones de la Nanotecnología en el medio ambiente, involucran el desarrollo de materiales, energías y procesos no contaminantes, tratamiento de aguas residuales, desanilización de agua, descontaminación de suelos, tratamiento de residuos, reciclaje de sustancias, nanosensores para la detección de sustancias químicas dañinas o gases tóxicos.
Energía
Las aplicaciones de la Nanotecnología en sector energético, tiene relación con la mejora de los sistemas de producción y almacenamiento de energía, en especial aquellas energías limpias y renovables como la energía solar, o basadas en el Hidrógeno, ademas de tecnologías que ayuden a reducir el consumo energético a través del desarrollo de nuevos aislantes térmicos mas eficientes basados en nanomateriales. El aumento de la eficiencia de los paneles solares y placas solares gracias a nanomateriales especializados en la captura y almacenamiento de energía solar
Medicina
Las aplicaciones de la Nanotecnología en Medicina se denomina Nanomedicina, y dentro de ella tenemos el desarrollo de nanotransportadores de fármacos a lugares específicos del cuerpo, que pueden ser útiles en el tratamiento del Cáncer u otras enfermedades, biosensores moleculares con la capacidad de detectar alguna sustancia de interés como glucosa o algún biomarcador de alguna enfermedad, nanobots programados para reconocer y destruir células tumorales o bien reparar algún tejido como el tejido oseo a raíz de un fractura, nanopartículas con propiedades antisépticas y desinfectantes, etc..
Industria de Alimentos
Las aplicaciones de la Nanotecnología en la industria de Alimentos incluye aplicaciones de nanosensores y nanochips útiles en en el aseguramiento de la calidad y seguridad del alimento, dispositivos que funcionen como nariz y lengua electrónica, detección de frescura y vida útil de un alimento, detección de microorganismos patógenos, aditivos, fármacos, metales pesados, toxinas y otros contaminantes, desarrollo de Nanoenvases, Nanoalimentos con propiedades funcionales nutritivas y saludables, o con mejores propiedades organolépticas.
Textil
Desarrollo de tejidos que repelen las manchas y no se ensucian y sean autolimpiables, antiolores, incorporación de nanochips electrónicos que den la posibilidad de cambio de color a las telas, o bien el control de la temperatura, estos últimos están dentro de lo que se llama “tejidos inteligentes”
Construcción
Desarrollo de Materiales (Nanomateriales) mas fuertes y ligeros, con mayor resistencia, vidrios que repelen el polvo, humedad, pinturas con propiedades especiales, materiales autorreparables, etc..
Electrónica
Las aplicaciones de la Nanotecnología en la electrónica comprenden el desarrollo de componentes electrónicos que permitan aumentar drasticamente la velocidad de procesamiento en las computadoras, creación de semiconductores, nanocables cuánticos, circuitos basados en Grafeno o Nanotubos de Carbono.
Tecnologías de la comunicación e informática
Las aplicaciones de la Nanotecnología en las tecnologías de la comunicación e informática, comprende el desarrollo de sistemas de almacenamiento de datos de mayor capacidad y menor tamaño, dispositivos de visualización basados en materiales con mayor flexibilidad u otras propiedades como transparencia que permitan crear pantallas flexibles y transparentes, además el desarrollo de lacomputación cuántica.
Agricultura
Las aplicaciones de la Nanotecnología en la Agricultura, tienen relación con mejoras en plaguicidas, herbicidas, fertilizantes, mejoramiento de suelos, nanosensores en la detección de niveles de agua, Nitrógeno , agroquímicos, etc..
Ganadería
Las aplicaciones de la Nanotecnología en la Ganadería dicen relación con el desarrollo de Nanochips para identificación de animales, Nanopartículas para administrar vacunas o fármacos, nanosensores para detectar microorganismos y enfermedades además de sustancias tóxicas.
Cosmética
Las aplicaciones de la Nanotecnología en la cosmética implica el desarrollo de cremas antiarrugas o cremas solares con nanopartículas.
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La nanotecnología en la alimentación, va a permitir que disfrutemos de alimentos más saludables, más resistentes y de mayor durabilidad. Sin embargo, todo lo que es nuevo es observado con cierto escepticismo y existen razones para ello, durante estos últimos meses la Comisión Europea ha estado estudiando junto a los científicos la posibilidad de regular todas aquellas aplicaciones nanotecnológicas relacionadas con la alimentación.
