Capítulo 07: Bionanotecnología.

7.1 Definición.

La Bionanotecnología es un área multidisciplinaria relativamente nueva. Integra elementos de las ciencias biológicas (particularmente de ingeniería genética), con las nanociencias y la nanotecnología. Además, incluye áreas tan diferentes como la informática, la medicina, química, ingeniería, etc.

Básicamente, la bionanotecnología consiste en:

· La modificación de los sistemas biológicos (desde biomoléculas hasta organismos enteros), utilizando nanomateriales.

· La síntesis o modificación de las nanoestructuras, utilizando sistemas biológicos.

Dentro de la bionanotecnología, las células desempeñan un papel fundamental porque es la unidad funcional y estructural de la vida. Los nanomateriales tienen un efecto directo en las células e incluso, las células pueden sintetizar (producir), directa o indirectamente, diferentes nanomateriales.

La Bionanotecnología es importante porque nos proporciona los elementos necesarios para modificar la naturaleza, en sus diferentes niveles; para satisfacer las necesidades de la humanidad. Además, vivimos en un mundo con espacio y recursos cada vez más limitados, lo que se refleja en la cantidad y calidad de alimentos, medicamentos, productos y servicios que utilizamos en nuestra vida diaria.


7.2 Aplicaciones de la bionanotecnología.

Los proyectos más avanzados están en las áreas médicas, particularmente en lo relacionado al tratamiento de enfermedades infecciosas, el tratamiento de algunos tipos de cáncer y el transporte dirigido de fármacos. Otras investigaciones contemplan aspectos como la terapia génica (que consiste en modificar la información genética para curar enfermedades) y el desarrollo de nanoestructuras “inteligentes” que puedan reconocer elementos nocivos para el cuerpo y los eliminen.


7.2.1 Medicina.

La Bionanotecnología Farmacéutica puede ser definida como el estudio de los mecanismos de interacción entre un grupo de nanocápsulas cargadas de moléculas farmacológicamente activas y los diversos tejidos corporales.

La absorción de los medicamentos administrados por vía oral tiene lugar en el intestino delgado, donde, a través de sus paredes, las moléculas del fármaco, al igual que las moléculas de los alimentos, pasan al torrente sanguíneo. Una vez en la sangre, las moléculas de los fármacos, son llevadas, mediante la circulación sanguínea, al sitio de acción, donde tiene lugar el efecto terapéutico.

A lo largo del tracto digestivo, el fármaco se enfrenta con obstáculos a atentan contra su integridad química: saliva, jugo gástrico, jugo intestinal, extractos biliares y pancreáticos. En estas condiciones, cuando el fármaco llega finalmente a los vasos capilares anexos a las paredes intestinales, una buena proporción de él ha sufrido descomposición

En lo que será muy pronto la medicina del futuro, el fármaco está encerrado en una cápsula hecha de un polímero biodegradable el cual, al contacto con los líquidos corporales se desintegra, liberando así el fármaco. La vía de administración es a través de las mucosas (nasal, bucofaríngea o vaginal).

Las cápsulas son tan pequeñas (nanocápsulas) que son capaces de atravesar las mucosas y pasar rápidamente al torrente sanguíneo a través de los vasos capilares. Así, cuando un grupo de moléculas farmacológicamente activas encerradas en nanocápsulas biodegradables inciden en los tejidos del organismo, las cápsulas liberan las moléculas que inciden sobre los microorganismos patógenos o los virus, destruyéndolos.

Las ventajas de este tipo de administración mucosal se manifiesta en las siguientes afirmaciones:

· El fármaco pasa directamente de las mucosas al torrente sanguíneo y por lo tanto el efecto terapéutico es inmediato.

· El fármaco no sufre degradación y por lo tanto la dosis formulada es transferida a la sangre en su totalidad.

· La comodidad para el paciente es evidente ya que con una simple aspersión bucofaríngea evita la aplicación de inyecciones o la deglución de tabletas, cápsulas o grageas.

Es claro que la administración de fármacos nanoencapsulados por vía mucosal representa, por sí misma, una nueva concepción en la farmacoterapia, que será, sin lugar a dudas, la nueva medicina del Siglo XXI, dejando obsoletas otras vías de administración como son la oral, la parenteral y la rectal.

Además, los avances que ya están sucediendo o que se esperan obtener pronto en el campo incluyen terapias novedosas que atacan o reparan de manera selectiva a las células enfermas, identificándolas a través de un sensor, como sucede en el reconocimiento biomolecular. Una vez encontradas administran el fármaco que portan y regulan el nivel de esta sustancia de acuerdo con la respuesta fisiológica obtenida. De esta manera se evita dañar células sanas y reducir la posibilidad de sobredosis.

Por otra parte, los diagnósticos basados en sistemas nanoestructurados permitirán reducir el costo de los mismos y aumentar su sensibilidad y precisión. Esto vislumbra el uso de nanosensores o medidores de los niveles de ciertas moléculas que ayuden al diagnóstico de una enfermedad. Existen ya actualmente materiales especiales embebidos en nanopartículas que permiten usarse como medios de contraste o selección específica de tejidos para ser observados por técnicas de radiación infrarroja o de resonancia magnética nuclear, generando una resolución y especificidad por regiones causantes de una patología particular, como el cáncer.


7.2.2 Alimentos.

En el área de alimentos, hay avances desde su producción (modificando pesticidas, fertilizantes, etc.) hasta el tratamiento de enfermedades y regulación hormonal. Esto podría reducir el uso de sustancias químicas, hormonas y otros productos cuyo uso representa un riesgo para la salud. Asimismo, podemos mejorar la producción, e incluso, extender el tiempo de vida de algunos alimentos, al protegerlos de factores ambientales que los descomponen.

La bionanotecnología ha abierto las puertas al envasado inteligente y activo que asegura una protección más potente de los alimentos. Se ha avanzado un paso más allá en la mejora de los biopolímeros con el envasado activo, potenciando aún más la función de preservación y protección del envasado. El envasado activo incorpora al propio envase (mediante encapsulación, nanofabricación, agregación, etc.) compuestos activos como antimicrobianos, agentes conservantes, agentes absorbentes de oxígeno, etileno, etc.

Se denomina “activo” porque estos compuestos interaccionan con el alimento según las señales internas o externas que reciban, aumentando la vida propia, la calidad o seguridad del producto. Las nanopartículas metálicas dotan a los materiales de embalaje con actividad microbiana que evita la proliferación de microorganismos patógenos o mohos y levaduras. Por ejemplo, se ha demostrado que la incorporación de nanopartículas Plata (Ag) en envases aumentan la seguridad alimentaria, al ser eficaces contra bacterias Gram positivas y negativas, ya que son capaces de inhibir la respiración celular de las membranas de estas.

Por otro lado, muchos efectos provocados por el contacto del alimento con el oxígeno exterior disminuyen la vida útil de este, como el enranciamiento, la formación de etileno durante la preservación de fruta fresca o la pérdida de las características organolépticas del alimento. Para evitar estos efectos, se han desarrollado técnicas para eliminación de oxígeno u otros gases con nanotecnología. Destaca el uso de óxido de titanio nanocristalino (TiO2), que presenta propiedades fotocatalíticas. Este, integrado en láminas de acetato y vidrio, ha demostrado ser un potente agente eliminador de oxígeno y etileno que retarda el deterioro de alimentos e incluso la maduración de frutas frescas.

La bionanotecnología ha conducido también al desarrollo de envases inteligentes cuyo distintivo es la capacidad de comunicar al consumidor el estado de seguridad y calidad de los alimentos. Esto también ayuda al fabricante a intervenir y mejorar los procesos de producción y distribución. El envasado inteligente se basa en nanosensores. La detección de patógenos y deterioro de los alimentos puede durar desde horas hasta días con las técnicas convencionales.

La combinación de la nanotecnología con las técnicas de bio-sensores ha posibilitado respuesta rápida y sensible ante estos cambios en el alimento. Los biosensores son dispositivos compactos y efectivos que detectan de manera no invasiva un elemento biológico (ácidos nucleicos, enzimas, anticuerpos, receptores, tejidos, proteínas) que en combinación con sistemas de transducción producen señales sobre el cambio de las propiedades fisicoquímicas medibles (pH, electrones, calor, potencial, propiedades ópticas). El sensor interactúa con los factores internos del alimento o con los externos ambientales y genera una respuesta correlacionada con el estado del producto. La gran ventaja de llevar esto a la escala nano ha sido conseguir detectar cantidades muy pequeñas y así proporcionar una detección casi instantánea de toxinas, contaminantes, compuestos adulterantes, químicos alérgenos y enzimas, patógenos o bacterias.


7.2.3 Energía.

En el área energética, hay muchos proyectos interesantes, donde los nanomateriales prometen mejorar la producción, eficiencia y manejo de la energía y de sus fuentes. Un ejemplo es el uso de nanomateriales para mejorar la capacidad fotosintética, en microalgas, para la producción de biodiesel. También se realizan investigaciones para optimizar las baterías y generar sistemas híbridos (artificial y biológico), para mejorar las reacciones químicas de los combustibles, e inclusive para ayudar a disminuir la contaminación, sobre todo la asociada con los gases de invernadero.


7.2.4 Biobots.


El pasado 13 de enero se publicó un avance científico que tiene todas las papeletas para convertirse en un hito en la historia de la investigación biotecnológica. Un equipo de cuatro investigadores estadounidenses ha creado un sistema orgánico funcional novedoso, una forma de vida diferente a todas las que existían, algo que jamás se había conseguido antes.

El proceso para llegar a este resultado fue extremadamente arduo. Para empezar, hubo que utilizar un algoritmo evolutivo complejo alojado en un superordenador. Este mecanismo fue el que determinó qué tipo de material biológico – y con qué estructura – habría de emplearse para lograr el objetivo perseguido. A partir de los resultados proporcionados por esa herramienta, se decidió utilizar células procedentes de la piel y el corazón de embriones de ranas africanas, que se moldearon de la forma diseñada por la inteligencia artificial.

La entidad resultante fue una estructura biológica de un milímetro de anchura que se comportaba de manera coordinada en circunstancias hasta ahora esquivas a la acción humana. De hecho, pueden trabajar conjuntamente y sobrevivir incluso semanas sin necesidad de alimento.

Sus posibles aplicaciones incluyen gestionar la contaminación radioactiva, recolectar microplásticos en los océanos e incluso inocular un medicamento en un tumor. Además, estas entidades tienen la ventaja de ser biodegradables, por lo que, en principio, desaparecerían sin dejar rastro una vez cumplido su cometido.

Sin embargo, algunos critican esta tecnología afirmando lo siguiente:

· Los Biobots están vivos, pero en ningún caso son un organismo vivo.

· Las aplicaciones biomédicas de los Biobots son pura especulación. Son viables, pero es tremendamente pronto como para poder prometer algo.

· Aunque se consideran robots blandos, los Biobots no tienen parte cibernética, no son ciborgs. La implicación de la informática se limitó a su diseño y no constituye físicamente una parte de ellos.

Entradas destacadas

Los servicios que aquí se brindan son gratuitos y enfocados  en el área de Ciencia