Artículos de Revisión: Nanotecnología

Avances y Expectativas en Cirugía

Autores: Sara Jaimes1, Alisia González1, Carolina Granados1, David Alvarez2, Erick Espitia3

Palabras clave: nanotecnología; tamaño de la partícula; espectrometría raman; neoplasias.

Resumen

La nanotecnología es una ciencia enfocada al estudio y la manipulación de partículas sólidas coloidales de tamaños que oscilan entre 10 y 1.000 nanómetros, que, a su vez, pueden ser usadas ampliamente en el campo quirúrgico como elementos de diagnóstico temprano de lesiones tumorales, marcadores tumorales intraoperatorios o distribuidoras de medicamentos a blancos específicos, entre otros.

Introducción

El creciente interés del personal médico por aplicar las nuevas tecnologías en el campo de las ciencias médicas, ha permitido incrementar la efectividad y la seguridad, y mejorar los resultados terapéuticos, lo cual ha generado la aparición de la nanomedicina como herramienta terapéutica del quehacer médico en la actualidad.

La cirugía es el procedimiento más efectivo y ampliamente usado para tratar ciertas enfermedades de los seres humanos y, en algunos casos, la única opción de tratamiento viable. Este tipo de tecnología permite expandir las posibilidades terapéuticas.

En esta revisión se busca explicar en qué consiste la nanotecnología, sus principios básicos y algunas utilidades en el campo de la cirugía.

Materiales y métodos

Se hizo una revisión en Medline de las publicaciones que incluyeran los términos nanotechnology y surgery. Se revisaron importantes y diversas publicaciones, y se seleccionaron, analizaron y referenciaron en esta publicación.

Definición

La nanotecnología es el campo de las ciencias aplicadas dedicado a la manipulación y el control de partículas y elementos que se encuentran en un rango de medidas que va de 10 a 1.000 nanómetros.

La unidad representativa de esta nueva escala es el nanómetro, que equivale a la milmillonésima parte de un metro (10-9 m) y que, a 1’000.000 nanómetros. Todo elemento que se encuentre en este rango de medida se considera como un elemento nanotecnológico (1, 2) (figura 1). .

Las propiedades físicas y químicas de la materia cambian a escala nanométrica, lo que se traduce en comportamientos diferentes en cuanto a la conductividad eléctrica, conductividad térmica, resistencia, elasticidad y biocompatibilidad con respecto a las escalas convencionales
conocidas.

Componentes esenciales en nanotecnología

1. Nanopartículas.

Son partículas con un diámetro entre 1 y 1.000 nm, que pueden ser nanoesferas o nanocápsulas (figura 1).

Están compuestas por polímeros biodegradables y tienen la capacidad de llevar medicamentos o diferentes elementos en su interior, repartirlos y acumularlos en sitios blanco; además, tienen una penetración directa en redes capilares gracias a su pequeño tamaño (3).

2. Micelas poliméricas.

Son partículas formadas por uniones de polímeros “anfifílico” (sic.). Las micelas tienen la capacidad de encapsular moléculas como lípidos, antimicrobianos, antioxidantes y vitaminas, los cuales no son solubles o son pocos solubles en agua y con ayuda de las micelas logran serlo; además, permiten minimizar su eliminación por el sistema retículoendotelial (figura 2).

Pueden ser usadas potencialmente en el tratamiento de tumores, pues su rica irrigación facilita que estas partículas liposolubles traspasen las membranas celulares con mayor facilidad y en mayor cantidad hacia dichos blancos terapéuticos (4)

Una ventaja adicional, valorada últimamente, es la adición de ligandos a la superficie de la micela, lo que genera especificidad hacia los diferentes blancos.

Una preparación que se ha desarrollado recientemente es la unión de medicamentos insolubles en agua, como el tamoxifeno, localizándolo en el centro hidrófobo, y la colocación de ligandos como anticuerpos conjugados contra el tumor en el manto hidrofílico, lo que ha mejorado la captación del medicamento por el blanco terapéutico, disminuyendo la necesidad de este para un mismo efecto deseado.

Se está utilizando esta misma propuesta para otros agentes quimioterapéuticos, como la doxorrubicina y el cisplatino (5).

3. Liposomas.

Son vesículas artificiales, individuales o multilaminares (a base de lecitinas u otros lípidos) en escala nanométrica formadas por hidratación de fosfolípidos que, al igual que las micelas, pueden incorporar en su interior diferentes componentes, aun en mayores cantidades (figura 3).

La composición de las membranas puede ser muy diversa, lo cual es una ventaja a la hora de encapsular moléculas hidrofílicas o hidrofóbicas. Se utilizan para la entrega de moléculas o complejos biológicos moleculares, como en la administración de fármacos y la transferencia de genes.

Los liposomas también se han utilizado para estudiar las membranas y sus proteínas (6), por ejemplo, el liposoma cargado de doxorrubicina, la anfotericina liposómica, entre otros.

4. Dendrímeros.

Son estructuras poliméricas, pero a diferencia de las micelas, sus unidades de transporte no se encuentran en el centro, sino que están conformados por un sistema de ramificaciones perfectas, el cual utiliza para el transporte de diferentes componentes; estas ramificaciones le permiten tener una mayor capacidad de carga (figura 4).

Gracias a ello, además de ser utilizado en el campo de la oncología, se ha potenciado también como elemento de transporte de medio de contraste y otros elementos radioterapéuticos.

5. Nanotubos.

Son estructuras tubulares compuestas por átomos de carbono de diámetro nanométrico que se componen también de varias láminas de diferentes materiales enrolladas sobre sí mismas.

A su vez, los nanotubos pueden ser monocapa (un solo tubo) o multicapas (varios tubos), uno dentro de otro. Esta configuración le da a la estructura mayor dureza y flexibilidad, a comparación de los materiales conocidos actualmente, tanto así que puede tener mayor dureza y resistencia que un diamante, a pesar de tener la misma composición química (7).

Los nanotubos pueden utilizarse como nanopinzas o nanoestructuras.

• Nanopinzas: la unión de dos nanotubos que se someten a cambios de voltaje genera una modificación estructural que, según su disposición, crea movimientos de apertura o cierre, dando opción de modificar partículas a nanoescala con estas pinzas (8).

• Nanoestructuras: dada las características físicas generadas por los nanotubos, se ha logrado el desarrollo de materiales como mallas y materiales quirúrgicos de alta resistencia y durabilidad, bajo la manipulación y unión de los nanotubos (9).

6. Quantum dots (Q dots, QD).

Son cristales fluorescentes que pertenecen a la escala nanométrica y producen luz cuando son excitados. Esta característica los hace muy útiles cumpliendo la función de marcador biológico (10).

7. Partículas SERS (Surface-Enhanced Raman Scattering) (dispersión de superficie mejorada).

SERS es una técnica sensible a la superficie que utiliza el mismo principio de la espectroscópica Raman, pero con una señal mucho mayor que permite la detección de moléculas individuales.

La espectroscopia Raman es una técnica que estudia la vibración, la rotación y los modos de baja frecuencia dentro de un sistema. Las partículas SERS son nanopartículas para la identificación tumoral in vivo, basadas principalmente en oro coloidal (11).

1 Estudiante, Facultad de Medicina, Pontificia Universidad Javeriana, Bogotá, D.C., Colombia
2 Médico, residente de Urología, Pontificia Universidad Javeriana, Bogotá, D.C., Colombia
3 Médico cirujano; profesor instructor, Departamento de Cirugía, Hospital Universitario San Ignacio, Pontificia Universidad Javeriana, Bogotá, D.C., Colombia