INVESTIGACION

Wednesday, December 13, 2006

Proyecto de Nanotecnologia

NANOTECNOLOGÍA

La mejor definición de Nanotecnología que hemos encontrado es esta: La nanotecnologia es el estudio, diseño, creación, síntesis, manipulación y aplicación de materiales, aparatos y sistemas funcionales a través del control de la materia a nano escala, y la explotación de fenómenos y propiedades de la materia a nano escala.
Cuando se manipula la materia a la escala tan minúscula de átomos y moléculas, demuestra fenómenos y propiedades totalmente nuevas. Por lo tanto, científicos utilizan la nanotecnología para crear materiales, aparatos y sistemas novedosos y poco costosos con propiedades únicas
1. TITULO
NANOBOMBA
2. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
¿Porqué es importante la utilizaciòn de la Nanobomba?
Las nanobombas son superiores a una gran variedad de actuales tratamientos porque son poderosamente selectivas, no invasivas, no tóxicas y pueden incorporar tecnología actual, incluyendo microcirugía; La nanotencología es importante para la detección y el tratamiento del cáncer, introduciendo una singular "nanobomba" que literalmente "explota" los tumores de cáncer de pecho.
3. OBJETIVO DE LA INVESTIGACIÓN
Gracias a esta innovación tecnológica tenemos la posibilidad de combatir los altos índices de mortalidad con respecto a esta enfermedad que aqueja a gran parte de la población femenina en nuestro país y en el mundo entero.
4. MARCO TEÓRICO
  • Descubrimiento

  • Concepto

Las nanobombas son el resultado de un arduo trabajo en equipo durante los ultimos años con los nanotubos de carbono, que son átomos de carbono colocados en forma tubular principalmente, el equipo de investigación estudiaba el uso de los nanotubos de carbono como vehículos para el suministro de medicamentos, debido a que son más pequeños que una célula. Los nanotubos pueden permitir inyectar fármacos en células individuales de un modo muy selectivo, el equipo hizo un descubrimiento sorprendente cuando los átomos se colocan en formas y configuraciones diferentes, toman propiedades distintas en la escala nanométrica. Las nanobombas son simplemente eso, diminutas bombas a escala nanométrica. Una vez que son expuestas a la luz y al calor resultante, empiezan a explotar una detrás de otra.

  • Composición

Dendrímero / Dendrimer: moléculas sintéticas polimericas tridimensionales formadas a partir de un proceso de fabricación a nanoescala. Un dendrimer es construido a partir de una monomer con nuevas ramas añadidas paso a paso hasta que la estructura de árbol esta creada.
Dependiendo de la parte central del dendrimer, este puede puede tener de 3 a 8 o más ramas, siendo 3 y 4 lo más común. Hay un amplio número de moléculas las cuales pueden ser usadas como cores. Se ha sugerido que los dendrimers podrían exhibir stong propiedades catalíticas.
El nombre de 'dendrimer' se deriva del griego: 'dendron' (árbol) y el sufijo 'mer' (segmento).



Esta imagen de un dendrimer facilitada por la Universidad de Michigan muestra su estructura como un árbol con muchas ramas sobre las que los científicos pueden adherir una variedad de moléculas, incluyendo drogas.

NANOTECNOLOGIA

Es como una escena de la película "El Viaje Fantástico". Una pequeña nave -- mucho más pequeña que una célula humana -- dando tumbos a través de la corriente sanguínea de un paciente, a la caza de células enfermas para penetrar sus membranas e inyectarles precisas dosis de medicinas.
Sólo que ésto no es Hollywood. Es ciencia real.
Arriba: Minúsculas cápsulas, mucho más pequeñas que estas células de sangre, podrían ser un día inyectadas en la corriente sanguínea de las personas, para tratar enfermedades que van desde el cáncer a daños por radiación. Derechos Reservados 1999, Daniel Higgins, Universidad de Illinois en Chicago.
Investigadores financiados por una donación de la NASA, comenzaron recientemente un proyecto para hacer realidad estos escenarios futuristas. Si tienen éxito, las "naves" desarrolladas por los científicos -- llamadas nanopartículas o nanocápsulas -- podrían ayudar a hacer realidad otra historia de ciencia ficción: la exploración humana de Marte y la permanencia a largo plazo en el espacio por los humanos.
Aunque las aplicaciones espaciales serán el principal objetivo de los investigadores, las nanopartículas tienen también un gran potencial para muchos campos de la medicina, especialmente para el tratamiento del cáncer. La seductora promesa de entregar venenos capaces de matar tumores, directamente a las células cancerosas, evitando así los devastadores efectos secundarios de la quimioterapia, ha generado un gran interés en la comunidad médica por las nanopartículas.


El objetivo de estas nanopartículas es introducir un nuevo tipo de terapia -- de penetrar en células individuales... y repararlas; o, si hay mucho daño, deshacerse de ellas", explica James Leary, de la Rama Médica de la Universidad de Texas. Leary es el encargado de la investigación, junto con Stephen Lloyd y Massod Motamedi también de la Universida de Texas; Nicholas Kotov de la Universidad Estatal de Oklahoma; y Yuri Lvov de la Universidad Tecnológica de Luisiana.
Este proyecto se orienta hacia un problema relacionado con el cáncer -- las altas dosis de radiación (radioactividad) que experimentan los astronautas en el espacio, especialmente en los viajes a la Luna o a Marte, que exigen abandonar el paraguas protector del gigantesco campo magnético que rodea a la Tierra.
Ni siquiera los materiales más avanzados, utilizados para protegerse de la radiación en las naves espaciales, son capaces de aislar completamente a los astronautas de la radiación de alta energía del espacio. Estos fotones y partículas atraviesan sus cuerpos como balas infinitesimales, destruyendo moléculas a su paso. Cuando el ADN sufre daños por esta radiación, las células se comportan erráticamente, ocasionalmente generando cánceres.

"Este es un problema importante", dice Leary. "Si los humanos van a vivir en el espacio, tenemos que buscar cómo protegerlos mejor de la radiación".
Derecha: La radiación cósmica de alta energía puede producir daños en el ADN y hacer que las células se comporten erráticamente. Imagen cortesía de NASA/
OBPR.
Debido a que los escudos contra la radiación posiblemente no puedan resolver totalmente el problema, los científicos deben encontrar alguna otra forma de hacer a los astronautas más resistentes a los daños de la radiación.
Las nanopartículas ofrecen una solución elegante. Estas cápsulas destinadas a entregar medicinas son minúsculas -- de sólo algunos cientos de nanómetros, lo que es menor que una bacteria y más pequeña aún que la longitud de onda de la luz visible. (Un nanómetro es una millonésima de un milímetro).
Una simple inyección con una aguja hipodérmica puede liberar miles o millones de estas cápsulas dentro del torrente sanguíneo de una persona. Una vez allí, las nanopartículas aprovecharán el sistema de señalización celular natural del cuerpo, para encontrar las células afectadas por la radiación.
Los billones de células del cuerpo humano se identifican y comunican entre sí a través de moléculas complejas incrustadas en sus membranas exteriores. Estas moléculas actúan como "señales" químicas para comunicarse con otras células o como "porteros" químicos que controlan la entrada a la célula de moléculas existentes en el torrente sanguíneo (tales como las hormonas).
Cuando las células son dañadas por la radiación, producen marcadores de una clase particular de proteínas llamadas "CD-95" y los colocan en su superficie exterior.

"Es la forma en la que una célula habla a otra célula y le dice, 'Oye, Estoy herida'", dice Leary.
Implantando moléculas en la superficie exterior de las nanopartículas que se adhieren e los marcadores CD-95, los científicos pueden "programar" las nanopartículas para que busquen las células dañadas por la radiación.

Izquierda: Una membrana de dos capas separa el interior de la célula, abajo a la derecha de esta imagen, del ambiente que la rodea. Las moléculas complejas en esta membrana exterior controlan la forma como el interior de la célula interactúa con su ambiente. Imagen, derechos reservados, Scott Barrows, Universidad de Illinois en Chicago.
Si el daño causado por la radiación es muy grande, las nanopartículas podrían entrar en las células dañadas y liberar enzimas que inicien la "secuencia auto-destructiva" de la célula, llamada apoptosis. Si el daño no es muy extenso, pueden soltar enzimas reparadoras de ADN para intentar arreglar la célula y hacer que vuelva a funcionar normalmente.
Los humanos y otros organismos tienen enzimas naturales que protegen el ADN y reparan errores, pero algunas hacen su trabajo mejor que otras. "Hay organismos que pueden [absorber altas] dosis de radiación sin mayores efectos nocivos," dice Leary. Estudiando estas especies, los científicos ya saben como preparar enzimas reparadoras de ADN que podrían ser transportadas por nanopartículas.
El equipo de Leary estudia también la manera de adherir moléculas fluorescentes a las nanopartículas. Estas podrían ser diseñadas para iluminar ciertas etapas del proceso, empleando incluso diferentes colores para las diferentes etapas. Estas marcas fluorescentes serían una forma para monitorear el trabajo de las nanopartículas dentro del cuerpo.

Arriba: En esta ilustración, las paredes de las nanocápsulas son disueltas parcialmente, para luego permitir que se restablezcan, atrapando en su interior moléculas medicinales fluorescentes. Estas naves pueden ser fabricadas de polímeros auto-ensamblantes o de materiales semiconductores tales como el telurato de cadmio. Cortesía de Yuri Lvov, Universidad Tecnológica de Luisiana.
"Para establecer el nivel del daño causado por la radiación, un astronauta se pondría algo así como un par de anteojos, pero estos anteojos serían capaces de mirar dentro de la retina", explica Leary. "Utilizando el flujo de nanopartículas [fluorescentes] a través de las células de la retina como un instrumento de análisis in vivo". (In vivo significa "dentro del organismo".)
Ya existen tecnologías semejantes -- se utilizan para medir las variaciones en el flujo sanguíneo de la retina debido a varias enfermedades. La NASA está interesada en estos métodos no-invasivos para controlar la salud, ya que los astronautas deberían posiblemente servir como sus propios médicos en misiones de larga duración.
"Eventualmente, los astronautas podrían utilizar estos anteojos para determinar lo que ocurre en su torrente sanguíneo. Y si es que necesitan tratamiento, tienen una jeringa hipodérmica o algo semejante con las nanopartículas apropiadas para el trabajo de reparación", dice.
Las nanopartículas son una forma radicalmente nueva de biosensores y suministro de medicinas, y como tal, la tecnología necesitará aun de muchos años más para llegar a su madurez y ser confiable. Pero no es una fantasía descabellada. Todos los elementos de esta idea ya han sido demostrados por separado -- las enzimas reparadoras de ADN, las nanopartículas, las etiquetas fluorescentes. El truco es hacer que todos ellos trabajen juntos en forma confiable.
"Este es un problema muy difícil, y no seremos capaces de hacerlo todo en tres años", que es la duración del financiamiento. "Aquí tratamos de desarrollar una ciencia muy innovativa -- es algo así como un salto", dice Leary. "Pero eso es lo que hace que este proyecto sea tan divertido".