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NANOTECNOLOGÍALa nanotecnología se refiere al estudio de objetos extremadamente pequeños en una escala millonésima-mente pequeña, de uno a 100 nanómetros. En esta escala la materia o materiales muestran características y aplicaciones nuevas a las ya tradicionales o conocidas.Se orienta al estudio y desarrollo de mejores materiales, dispositivos y sistemas que explotan las nuevas propiedades que se descubren de la materia. Propiedades que muestran la utilización de los materiales en los niveles físicos, químicos y biológicos.
La meta de la nanotecnología farmacéutica es el desarrollo de componentes con funciones individuales, que se integren en una arquitectura que cumple funciones múltiples, maquinas biomoleculares que se puedan ensamblar para formar nano dispositivos con múltiples grados de libertad; que sean capaces de, por ejemplo, reconocer células cancerígenas, diagnosticar las causas del cáncer, suministrar fármacos a un órgano o tejido específico. Estos sistemas serían capaces de transferir información desde el nivel nano hacia un macromundo y serían capaces de viajar en un nanoambiente. La visión es que estos sistemas así como los dispositivos nano-particulados se apliquen en los sistemas de producción futuros y tengan aplicaciones biomédicas e industriales.

NANOFARMACIA


La nanofarmacia se define como el uso de la nanotecnología para la prevención, la diagnosticación y tratamiento de las enfermedades para mejorar la salud y/o funcionamiento del organismo de un ser vivo. La aplicación de esta incluye el descubrimiento de nuevos agentes farmacéuticos, el desarrollo de sistemas de liberación de fármacos con localización, ademas de los laboratorios en un chip, que harán múltiples funciones In Vitro e in Vivo, así como implantes y plataformas para tejidos; tiene como propósito el seguimiento, control, construcción, reparación, defensa y mejoramiento de sistemas biológicos humanos. Aquí se usará componentes nanométricos para integrarse en micro dispositivos. El enfoque estará centrado en interacciones biológicas dentro de un sistema celular o subcelular.

IMPORTANCIA DE LA NANOTECNOLOGÍA FARMACÉUTICA


La importancia de la nanotecnología farmacéutica para la terapia con fármacos reside en la posibilidad de suministrar tanto fármacos de bajo peso molecular como macromoléculas de manera localizada o dirigida hacia un cierto tejido. La nanotecnología farmacéutica se enfoca al desarrollo de formulaciones de agentes terapéuticos en nano-complejos biocompatibles. Estos sistemas se podrían utilizar para dar dirección al suministro de los fármacos así como para mejorar la biodisponibilidad oral,para sostener el efecto de fármacos o genes en un tejido seleccionado. Las perspectivas de aplicación de la nanotecnología en el sector de la salud y para el desarrollo de una medicina personalizada parecen prometedoras.

NANOTECNOLOGIAS APLICADAS A LOS PRODUCTOS FARMACÉUTICOS

Esta tecnología inició su desarrollo como una estrategia para atacar problemas con fármacos que son poco solubles con agua. La reducción de las partículas de los fármacos aumenta la velocidad de disolución y el límite de saturación de la solubilidad.
Entre las ventajas de usar este tipo de fármacos nanoparticulados se encuentran:
  • Mejor biodisponibilidad
  • Disminución entre la variabilidad de respuesta entre los estados de ayuno y no-ayuno
  • Rápida instalación del efecto terapéutico en la administración oral
  • Protección del activo incorporado contra la degradación química
  • -Mayor flexibilidad en la modulación en la liberación de los fármacos

La utilización de las nanopartículas como transportadores de fármacos, son la utilización de lípidos fisiológicos para su preparación; ya que se utilizan para la administración sobre la piel, por vía oral o por vía intravenosa.

Las nanopartículas lipídicas presentan una mejor biodisponibilidad, protegen mejor las moléculas de fármacos susceptibles de degradarse bajo la influencia de agentes externos como la luz y el agua y podrían ser de liberación prolongada para fármacos poco solubles en agua.

Las nanopartículas incorporan a los fármacos entre las cadenas de los ácidos grasos, entre las capas lipídicas o en la imperfecciones conocidas como depósitos amorfos del fármaco.
Los sistemas de liberación de fármacos con liposomas se han utilizado para mejorar el efecto terapéutico de fármacos muy potentes. Permite el diseño de liposomas localizados activamente en ciertos tejidos o células, con o sin moléculas que reconocen una determinada localización, colocadas sobre la membrana del liposoma.

La Administración de Fármacos a través de la Ingeniería a Nanoescala Precisa

Esta consiste en productos farmacéuticos que pueden ser entregados precisamente a nivel molecular dentro o alrededor de una célula enferma ofrecen posibilidades sin precedentes de tratamientos más eficaces y reducir los efectos secundarios no deseados. Nanopartículas específicas que se adhieren al tejido enfermo permitir la entrega de micro-escala de potentes compuestos terapéuticos y reducir al mínimo su impacto en el tejido sano.
Consecuencias de la Nanotecnología Farmacéutica

La administración de un fármaco en escala nanométrica trae variadas consecuencias farmacoterapéuticas debido, fundamentalmente, a la disminución del tamaño de partículas con respecto a los productos farmacéuticos convencionales. Estas variaciones son, por ejemplo, la diferente unión a las proteínas plasmáticas, una mayor dificultad en su proceso tecnológico de elaboración, así como su marcada tendencia a la agregación provoca más fácilmente problemas en su estabilidad.
Sin embargo, varias son las ventajas que pueden ofrecer a la farmacoterapia estos sistemas. Entre ellas, el mejoramiento de la solubilidad, una propiedad clave en la eficiencia terapéutica de cualquier fármaco debido a que sólo la fracción de fármaco soluble está disponible para ser absorbida por vía oral.
Una consecuencia directa de este aumento de la biodisponibilidad es que la dosis a administrar es menor que en la forma convencional. Además, en general, las nanomedicinas presentan también disminución de la variabilidad de absorción entre pacientes o en uno mismo, según su estado de ayuno.
El tamaño nanométrico presenta ventajas en la administración parenteral de los fármacos, como en el caso particular de la aplicación de nanomedicinas en oncología.


Avances


La medicina moderna se basa principalmente en el tratamiento de pacientes con fármacos de “pequeñas moléculas”, que incluyen, por ejemplo, los analgésicos y los antibióticos.

Estos fármacos han prolongado la esperanza de vida humana y han hecho que muchas enfermedades graves sean fáciles de tratar, pero los científicos creen que el nuevo enfoque en la administración de fármacos a nanoescala puede ofrecer un progreso aún mayor. La entrega de RNA o DNA a células específicas ofrece la promesa de activar o desactivar selectivamente los genes, mientras que los dispositivos a nanoescala, que pueden ser inyectados o implantados en el cuerpo, podrían permitir que los médicos dirigieran fármacos a tejidos específicos durante un período de tiempo definido.
Los científicos del laboratorio de Daniel Anderson, profesor de ingeniería química, así como muchos otros en el MIT, están trabajando en nuevas formas de transportar el ARN y el ADN para tratar una variedad de enfermedades. El cáncer es un objetivo principal, pero el suministro de material genético también podría ayudar con muchas enfermedades causadas por genes defectuosos, incluyendo la enfermedad de Huntington y la hemofilia.

Una vía prometedora es el ARN de interferencia (RNAi), un proceso natural que permite que las células perfeccionen su expresión génica. Las hebras cortas de ARN, llamadas siRNA, interceptan y destruyen el ARN mensajero antes de que pueda llevar instrucciones de construcción de proteínas del ADN al resto de la célula. Los científicos esperan que al crear su propio siRNA para tener como objetivo a genes específicos, podrán desactivar los genes que causan enfermedades.
Sin embargo, este potencial no se ha realizado todavía, debido a los problemas del transporte de siRNA con seguridad a los tejidos adecuados. El uso de virus es una posibilidad, pero es una opción que conlleva algunos riesgos, por lo que muchos investigadores ahora investigan el uso de vehículos sintéticos de entrega del material genético.

Ilustración de nanobots en el torrente sanguíneo. Crédito: Victor Habbick (Freesigitalphotos.net)
Ilustración de nanobots en el torrente sanguíneo. Crédito: Victor Habbick (Freesigitalphotos.net)
El laboratorio de Anderson está desarrollando materiales llamados lipidoids, que son moléculas grasas que pueden envolver y entregar hebras de siRNA. Los estudios han demostrado que estos materiales efectivamente pueden entregar el ARN y reducir los tumores en los animales. Actualmente los investigadores del MIT trabajan en el desarrollo de las pruebas para humanos.

Enfoque múltiple
La profesora de ingeniería Paula Hammond, también está desarrollando nuevos materiales para la entrega, tanto de ARN, como de medicamentos tradicionales. Usando técnicas de ensamblaje de ‘capa por capa’, ha creado nanopartículas que incorporan capas de varios tipos de ARN, o combinan ARN con un agente quimioterapéutico.

Este ataque múltiple podría permitir que los científicos diseñen tratamientos que bloqueen muchas de las posibles rutas de escape de las células tumorales. “Estamos muy interesados en buscar combinaciones que impliquen RNAi que desarticulen la capacidad de las células de contrarrestar la quimioterapia”, dice Hammond.


Entrega y diagnóstico

Los profesores de ingeniería Michael Cima y Robert Langer están trabajando en dispositivos en la nano y la microescala que se pueden implantar en el cuerpo para liberar fármacos o diagnosticar enfermedades.

Hace varios años, Cima y Langer comenzaron a trabajar en un chip implantable que puede suministrar medicamentos dentro del cuerpo, y que se controla de forma inalámbrica desde el exterior de éste. En ensayos clínicos, llevados a cabo el año pasado, la compañía que desarrolló el chip para uso comercial mostró, que de forma fiable, podía administrar dosis precisas de un medicamento para la osteoporosis, que normalmente se administra mediante inyección.

La compañía que desarrolla el chip, microCHIPS Inc., está reduciendo el tamaño del dispositivo y aumentando su capacidad, lo que permitirá que se utilice por períodos prolongados de hasta 30 años. Así, se podrá usar, por ejemplo, como una glándula artificial útil para muchas enfermedades endocrinas.

Cima también está trabajando en dispositivos de diagnóstico que pueden ayudar a controlar la respuesta de los tumores al tratamiento. Su estrategia es aprovechar pruebas desarrolladas originalmente para uso in vitro (en las que una muestra se retira del cuerpo y se analiza en el laboratorio), y colocar un dispositivo de detección en el interior del cuerpo.

Así, por ejemplo, cuando se tiene sospecha de cáncer, se realiza una biopsia en un paciente. Cima está desarrollando dispositivos que podrían ser implantados en el sitio del tumor durante la biopsia y luego utilizarlos para controlar el nivel de oxígeno o la acidez, que revelan información importante acerca de la eficacia del tratamiento.


Biolab emplea la nanotecnología para la producción de un anestésico y un remedio para la calvicie

Ciertos fármacos producidos bajo el formato de cápsulas nanométricas componen la nueva estrategía tecnológica que presenta Biolab, una empresa farmacéutica brasileña radicada en São Paulo. La innovación se presenta en dos medicamentos en fase de desarrollo, una crema anestésica y una solución para el tratamiento de la alopecia,principalmente en los casos de calvicie o, en menor grado, en la falta de vello en el cuerpo. La novedad está compuesta por nanocápsulas elaboradas con un polímero, una especie de plástico biodegradable que libera los principios activos lentamente en el organismo y provoca un efecto terapéutico más prolongado, aparte de reducir los efectos colaterales. Los medicamentos, que son producto de un convenio que ya se extiende durante una década entre Biolab y la Universidad Federal de Rio Grande do Sul (UFRGS), se encuentran en fase de ensayos clínicos y estarán listos para su utilización al final de 2013, luego de pasar el examen de la Agencia Nacional de Vigilancia Sanitario (Anvisa). Según el director de investigación, desarrollo e innovación de Biolab, Marcio Falci, la idea de desarrollar los dos nuevos productos surgió en el área de gestión del conocimiento de la empresa. Esta sección administra un banco de datos con todo el conocimiento de Biolab e informaciones sobre lo que se realiza y se investiga a nivel mundial en el campo de actuación de la empresa. “Eso nos posibilita determinar tendencias y estudiar los avances tecnológicos relacionados con las líneas de nuestros medicamentos e investigaciones, según el interés estratégico de la empresa”, explica. “También realizamos un mapeo de las instituciones de investigación, universidades y sus investigadores, lo cual es de gran ayuda para nuestra prospección tecnológica de futuros productos”. Así fue que uno de los estudios realizados determinó que los mercados de anestésicos y de drogas capilares exhibían un buen espacio para el crecimiento. “Para contemplar las necesidades médicas detectadas, la innovación que podríamos incorporar, en el sentido de ofrecer tratamientos más eficientes y seguros, apuntaba al empleo de la nanotecnología en los principios activos de productos ya existentes”, explica Falci. “Se eligió el nanoencapsulado porque ya formaba parte de nuestras herramientas productivas” Los principios activos que se utilizarán son la prilocaína y la lidocaína, en el caso del anestésico, y la finasterida, para la calvicie. Todos éstos son conocidos por la comunidad médica y se utilizan en diversos medicamentos existentes en el mercado.

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La empresa recurrió a la antigua cooperación con la UFRGS que ya había arrojado resultados positivos al formular otros productos nanotecnológicos, en casos de cosméticos y protectores solares (lea en Pesquisa FAPESP, edición nº 167), para utilizar la nanotecnología en sus nuevos productos. Dos grupos de investigación se desempeñan en forma conjunta en la universidad, uno coordinado por la farmacéutica Adriana Pohlmann, del Instituto de Química, y otro por la también farmacéutica Sílvia Guterres, docente de la Facultad de Farmacia.

Tiempo de aprobación
En el campo de la salud, la nanotecnología se emplea en la industria de productos médicos, veterinarios, material para diagnóstico por imágenes y, en mayor proporción, en el área de cosméticos. En relación con estos últimos, Biolab ya cuenta en el mercado con la línea Photoprot, de protectores solares, también desarrollada en forma conjunta con la UFRGS. La empresa lanzó también la línea Skan, compuesta por un mousse de limpieza y un gel cremoso para el control de la oleosidad de la piel. En estos casos, el tiempo entre el comienzo del desarrollo del cosmético y su llegada a los anaqueles de las farmacias es menor, porque la legislación para la habilitación de esos productos es menos rigurosa en comparación con la de los nuevos medicamentos.


Nanotrope recibe una subvención de Fase II de la NASA para avanzar en la administración de fármacos a nanoescala (03/02-2006)


La NASA ha otorgado a Nanotrope Inc. una subvención de Fase II de 600.000 dólares para su investigación de la tecnología de goteo a nanoescala con el fin de mejorar la administración de fármacos. Nanotrope planea utilizar el dinero para avanzar en la obtención de nuevas fórmulas de medicamentos y protocolos de administración. La propuesta de la empresa que ha sido premiada tenía en cuenta tanto las iniciativas de la NASA con respecto al espacio exterior como las aplicaciones comerciales al margen de la NASA.

Según Dr. Donald Ackley, presidente y CEO de Nanotrope Inc., "Con esta financiación de la NASA, nuestra investigación nos permitirá avanzar rápidamente en la aplicación de la tecnología de goteo a nanoescala para la administración dirigida de fármacos".

Consideraciones finales

Un requerimiento fundamental para el éxito en el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas es que médicos, farmacéuticos, bioquímicos y biólogos, sumados a especialistas en Nanotecnología como ingenieros, físicos, químicos y matemáticos trabajen en estrecha colaboración. Los desafíos hacen necesario un abordaje amplio que incluya a la academia, la industria y a las autoridades sanitarias, así como una mayor interacción entre ellos. Además es conveniente que sean consultados expertos en ética, ya que la optimización de los recursos y de las tecnologías se justifica por la posibilidad de brindarles a los pacientes, en su mayoría de estado crítico, un verdadero mejoramiento en sus condiciones de salud.


REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS


http://cienciaaldia.com/2013/03/la-medicina-a-nanoescala-promete-terapias-innovadoras/
http://revistapesquisa.fapesp.br/es/2012/11/17/medicamentos-en-nanoescala/
http://c32cm30tepetatemportafolio.wordpress.com/2013/05/25/tecnologia-emergente-administracion-de-farmacos-a-traves-de-nano-escala/
http://noticias-nanotecnologia.euroresidentes.com/2006/02/administracin-de-frmacos-nanoescala.html
http://www.uba.ar/encrucijadas/49/sumario/enc49-nanotecnologiaenlaterapia.html
Realizado por:
Lic. Belkis González
Especialización en Tecnología de la Información
Universidad Santa Maria
Junio, 2014