EDITORIAL

Teraclínica y la ciencia de los biomateriales

En el campo del estudio de las proteínas del líquido cefalorraquídeo, la reacción del oro coloidal era considerada una de las pruebas diagnósticas de mayor valor para la diferenciación y seguimiento de alteraciones neurológicas. El principio de la citada reacción consistía en que las partículas de oro coloidal interactuaban con las proteínas, produciéndose alteraciones de su superficie y en el estado de agregación a nivel molecular. Esto se traducía en distintos colores, del índigo al violeta, subordinados a las modificaciones moleculares presentes en las distintas patologías del SNC que tienen manifestación en el LCR. Estos fenómenos, ampliamente conocidos y aplicados al diagnóstico desde hace más de 50 años son interpretados hoy bajo el término teranóstica, que hace referencia a la utilización de herramientas nanomoleculares (1-100 nm, considerado hoy el mesoespacio) en el área del diagnóstico y tratamiento de las enfermedades.

En el Institute for Laser, Photonics and Biophotonics (Buffalo University, New York) con este término se designan nanopartículas y nanomateriales en estudios vinculados al diagnóstico y a la terapéutica. De esta manera, ha surgido la nanoquímica como un novedoso método que permite crear nanoestructuras a ser empleadas como transportadores en las aplicaciones de la nanomedicina. Los nanomateriales que se utilizan exhiben propiedades ópticas o nuevas estructuras electrónicas y otras propiedades físicas relacionadas con su dimensión y composición, con características desconocidas y de uso impensado.

Existen también posibilidades a nivel de la nanoescala de desarrollar estructuras multilaminares que progresivamente irán incorporando multifunciones en ese ámbito. Algunas características importantes derivadas de la nanoquímica son las siguientes:

– Preparación de distintos tipos de nanopartículas metálicas a partir de metales, semiconductores, vidrios y polímeros.
– Preparación de multiláminas que se acoplan al núcleo como cáscaras formando una unidad.
– Introducción de grupos de unión sobre superficies de nanopartículas.
– Acople de nanopartículas en estructuras periódicas o aperiódicas.
-– Preparación in situ de sondas y sensores a nanoescala.

Para lograr materiales a nivel nanoescalar existen básicamente dos tipos de procesos: los vinculados a la reducción del tamaño de los materiales y los que se inician en átomos o moléculas y crecen para producir nanoestructuras de una dimensión específica. El enfoque Top down hace referencia a procesos que se inician con sustancias o materiales en un inicio en la escala normal para ir progresivamente disminuyendo su tamaño hacia el dominio nanoescalar y con el término Botom up se designa a la tecnología que emplea química húmeda para obtener nanoestructuras o nanopartículas de diferentes medidas y tamaños a nivel nanométrico.

Procesos Top down

Entre ellos se encuentra la Ablación Laser que consiste en aplicar ondas de láser, ultra rayos láser focalizados sobre materiales sumergidos en un líquido, que permiten el enfriamiento del target y simultáneamente la dispersión de las nanopartículas obtenidas de materiales duros, cerámicos, semiconductores inorgánicos, metales, etc. La ventaja de este método es que las partículas obtenidas son menores de 5 nm y tienen características particulares, con superficies limpias aptas para adaptación a diferentes materiales. Como observación importante, las partículas de oro no necesitan surfactantes para su dispersión. Otro proceso Top down es el conocido como Molienda mecánica, que ha sido aplicado a drogas que exhiben poca solubilidad y poca absorción. La reducción de su tamaño a nivel nanoescalar se efectúa en un medio húmedo en una cámara donde se produce la rotación de pequeñas esferas de zirconio y con un surfactante como Tween 80 que permite la interacción física de desgaste del zirconio con el material que se desea reducir. El Proceso de escritura nanolitográfica consiste en la escritura a nivel molecular en medio húmedo (se denomina DPN) y emplea la punta de un microscopio de fuerza atómica como un lápiz, con las moléculas suspendidas como si fueran los componentes de la tinta clásica. La condensación entre la punta del microscopio de fuerza atómica y el sustrato forma un capilar lleno de agua que se mueve junto con la punta y permite el transporte y la consecuente quimioabsorción de los materiales con baja solubilidad en un material adecuado; así, es posible depositar un sustrato con partículas de oro empleando octadecanotiol. Esta técnica ha sido expandida incorporando sustratos metálicos que incluyen polímeros, proteínas, péptidos, nanopartículas al estado coloidal y iones metálicos.

Procesos Botom up

Entre estos, los dendrímeros han sido extensamente estudiados. Son estructuras similares a la mano humana donde el núcleo está representando por la palma y los dedos por las prolongaciones. Existen dos líneas de desarrollo de los polímeros. Por un lado, el crecimiento divergente, en donde el mismo es hacia el exterior de la palma, como continuando las uniones de los dedos con otras unidades dendriméricas. Estas unidades longitudinales a veces están protegidas en su actividad por reactivos químicos o pueden ser reactivadas para producir una nueva generación de dendrímeros. Por otro lado, en el crecimiento convergente el crecimiento es hacia el núcleo, en cada grupo de ramas del monómero es como si la mano plegara los dedos integrando un puño. Esta estructura se obtiene en primera instancia con pequeños puentes, fragmentos dendríticos que se llaman dendrómeros y constituyen una estructura globular. Estas estructuras globulares pueden ordenarse como si fueran puños cerrados con los pulgares con contacto entre sí. Bajo estas formas se integran las distintas unidades dendríticas.

Dendrímeros y Nanomedicina

La nanoestructura dendrítica aporta enormes ventajas a la nanomedicina. Su característica más importante está vinculada a la multifuncionalidad: el core, las ramas y los grupos periféricos proporcionan sitios para incorporar funciones separadas o sinérgicas para imágenes, sensores o liberación controlada de drogas. Esta propiedad permite la creación de sitios que facilitan la función coordinada de los grupos periféricos y, al mismo tiempo el tiempo, la eliminación o la incorporación de la droga. También las estructuras dendríticas pueden interactuar con las propiedades de los grupos existentes en el núcleo y la incorporación de colorantes fuorescentes en la periferia de la estructura dendrítica puede servir para amplificar la sensibilidad del sensor y su empleo en la marcación de tumores.

Microemulsión química

Puede ser defnida como una dispersión óptica isotrópica, termodinámicamente estable, de dos líquidos inmiscibles (agua o aceite) con una sustancia surfactante, son moléculas anffílicas que llevan una estructura con una molécula polar en su cabeza -hidrofílica- y en la parte terminal una estructura no polar, hidrofóbica.

Síntesis coloidal a alta temperatura

Los quantum dots o nanocristales semiconductores constituidos fundamentalmente por SeCd, TeCd, PIn, PbS, son obtenidos por una síntesis coloidal a alta temperatura, empleando un solvente de elevado punto de ebullición, un surfactante y un precursor organometálico. El diámetro de los nanocristales puede ser controlado por la temperatura y también por la incorporación de los surfactantes o de ácidos fosfónicos que permite obtener cristales facetados.

La nanoquímica emerge como un poderoso método para crear nanoestructuras que sirvan como nanotransportadores en las aplicaciones de la nanomedicina. Además, proporciona los métodos para producir modificaciones en la superficie de las nanoestructuras para dispersarlas en fuidos biológicos, mejorar su biocompatibilidad y su capacidad de trasportar materiales a ser liberados en sitios específicos como tipos celulares determinados, tejidos u órganos con el fn de ser usadas en acciones combinadas de diagnóstico y terapéutica, que conforman lo que comienza a designarse como teranóstica.

Dr. Juan Miguel Castagnino

Director
Acta Bioquímica Clínica Latinoamericana

Referencias bibliográficas

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Prasad PN. Introduction to Nanomedicine and Nanobioengineering. New Jersey: John Wiley & Sons; 2012.         [ Links ]

UNESCO. MBC, RECyT. MERCOSUL. CNPq. Nanotecnología para o Mercosul. Brasilia: Unesco; 2010.         [ Links ]