Desarrollo de la Nanotecnología como Tratamiento para el Cáncer

Introducción

El cáncer es un conjunto de enfermedades desarrolladas a partir de la división de células que se rehúsan a realizar apoptosis y transfieren su información genética errada de manera progresiva. Este procedimiento ocasiona que el organismo afectado desarrolle masas anormales denominadas tumores, que suelen ser malignos teniendo en cuenta la naturaleza del trastorno celular. Según la OMS, el cáncer está entre las principales causas de mortalidad humana en el mundo, atribuyéndole cerca de 8,2 millones de personas para el 2012. Esta alta tasa de mortalidad ha conllevado a la comunidad científica a desarrollar tratamientos complejos y costosos para alivianar la incidencia mortífera de este grupo de enfermedades, entre los tratamientos más utilizados se encuentran: quimioterapia, radioterapia, cirugía, inmunoterapia, terapia génica, hormonoterapia y, con el avance de la Ciencia en los últimos años, las nanoestructuras. Esta última hace referencia a la aplicación de la ingeniería en materiales poliméricos, metálicos o semiconductores a escala nanométrica que adquieren propiedades físicas y químicas distintas. Gracias a este comportamiento, se han desarrollado métodos menos invasivos y con una baja reacción inmunitaria que no causan síntomas severos en el organismo, como ejemplo de este desarrollo se tiene “La liberación de fármacos a través de nanoestructuras dirigidas”.

Método

En el presente trabajo se da a conocer el estado del arte de la investigación del cáncer a lo largo de dos décadas, por lo cual es de tipo documental. Como primer paso en la realización de este artículo de revisión se formuló una pregunta con un tema de interés que aqueje a la sociedad actual, en este caso la cura contra el cáncer estudiada desde el enfoque de la nanotecnología en su rama de la nanomedicina. Para el proceso de investigación del material a documentar se hizo uso de la internet en la indagación de artículos relacionados con el tema. Se identificó las plataformas más usadas y confiables para así poder encontrar información verídica, actual y novedosa, las cuales son Google académico, SciELO, Scopus, Taylor&FrancisOnline, Redalyc, La Referencia, Dialnet, entre otros. La búsqueda se realizó utilizando palabras calve como: nanotecnología, cáncer, nanomedicina, terapia contra el cáncer, nanopartículas, nano terapías y nanotecnología en medicina, obteniendo así una cifra de más de 45 artículos relacionados con el tema de revisión haciendo diferentes combinaciones de estas palabras. Posteriormente se definieron 5 criterios de investigación que se consideraron esenciales para una buena selección, clasificación y documentación de los artículos, cada artículo encontrado se adhirió a la ficha de revisión (Técnica adquirida en clase para la organización, análisis y clasificación de artículos) en un formato compartido por la docente, el cual se compuso de una tabla con los siguientes campos: variable, año, n°, referencia, url, foco de la investigación y alcance. Una vez realizado el proceso de lectura se efectuó un análisis del contenido plasmando en la ficha los aspectos más importantes del artículo, sus principales resultados, las citas encontradas de diferentes autores y demás temas de controversia. Finalmente se hizo un análisis global de la documentación, para así identificar la información necesaria, obteniendo respuestas a las preguntas de investigación que se habían definido preliminarmente y que serán parte del desarrollo del tema. El desarrollo de la nanomedicina ha aportado diversos procesos que aportan propiedades y características que benefician los tratamientos médicos al quebrantar obstáculos biológicos e inmunológicos que presentan un problema al momento de implementar los tratamientos convencionales, estas aplicaciones esta generalmente definidas como: el nanodiagnóstico, la liberación controlada de fármacos (nanoterapia) y la medicina regenerativa.

¿Qué tanto se ha investigado?

Hace aproximadamente dos décadas la ciencia vio como una necesidad desarrollar métodos que faciliten la manipulación de los componentes a un nivel diminuto o mejor dicho en nano escala. La tecnología ya había aportado grandes avances y estructuras en función de la automatización de múltiples procesos que eran desgastantes para el ser humano y estaban muy saturados por el nivel de información que se maneja, con el tiempo también se logró la manipulación de diversos componentes químicos y biológicos a nivel nano molecular para obtener ventajas competitivas en las industrias, adquiriendo así productos de calidad y una mayor autenticidad, gracia a modificación de las estructuras celulares, mejorando así su funcionamiento brindándole nuevas características al compuesto, a esto se le conoce como nanotecnología. Sin embargo, la potencialización de las empresas no es la única aplicación de la nanotecnología en el mundo, ya que también se ha logrado obtener avances de la nanotecnología en el área de la medicina que se han desarrollado especialmente con el fin de obtener un tratamiento 100% eficaz con la enfermedad que actualmente aqueja a millones de persona y es protagonista una de la tasa más alta de morbimortalidad en el mundo, el cáncer. La nanomedicina contra el cáncer básicamente consiste en reducir los daños ocasionados por los tratamientos convencionales logrando la manipulación de estos procedimientos a escala nano molecular y posteriormente llegar a la etapa final en donde se extermine por completo el patógeno, ya que estos tratamientos convencionales tienen fuertes efectos secundarios en los organismos de los pacientes lo que impide que sean 100% efectivos y en algunos casos nulos. El objetivo de los tratamientos convencionales es impedir que las células afectadas se extiendan e infecten a las células sanas, para estos utilizan diversos medicamentos que ocasionan la muerte de las células, sin embargo, no son procesos selectivos, es decir, los agentes enviados al organismo como ataque a las células rebeldes no las distinguen de las células sanas, lo que ocasiona daños severos a todo el organismo o en la zona donde se aplique el fármaco. Según Laura Lechuga (2005)

La nanomedicina agrupa tres áreas principales: el nano diagnóstico, la liberación controlada de fármacos (nano terapia) y la medicina regenerativa. El nano diagnóstico consiste en el desarrollo de sistemas de análisis y de imagen para detectar una enfermedad o un mal funcionamiento celular en los estadios más tempranos posibles tanto in vivo como in vitro. La nanoterapia pretende dirigir nanosistemas activos que contengan elementos de reconocimiento para actuar o transportar y liberar medicamentos exclusivamente en las células o zonas afectadas, a fin de conseguir un tratamiento más efectivo, minimizando los efectos secundarios. La medicina regenerativa tiene como objetivo reparar o reemplazar tejidos y órganos dañados aplicando herramientas nanotecnológicas. (p.100)

Estas áreas de la nanomedicina, en especial el sistema de liberación de fármacos es la que promete lograr una estructura nano molecular que logre ingresar al organismo sin alterar el sistema inmunológico y liberando el fármaco específicamente en el tejido afectado. Para el tratamiento con el cáncer se han realizado muchas investigaciones con experimentaciones in vivo en animales como ratones y ratas obteniendo resultados un poco más convenientes que lo métodos tradicionales, sim embargo no todo es color de rosa, algunos de los materiales utilizados han generado también efectos secundarios como la toxicidad de los metales de las partículas de oro, plata y carbono que generan alteraciones celulares y activación inmediata del sistema inmune, por lo tanto en estos casos el proceso no puede finalizarse con eficiencia por las barreras que el propio cuerpo impone en la circulación de las nanopartículas que liberaran el fármaco. Por otra parte, las nanopartículas poliméricas generan menos toxicidad en el cuerpo, pero son consideradas o detectadas como residuos por los sistemas en cargados de la limpieza del organismo, lo que conlleva a ser destruidas y desechadas antes de finalizar el proceso de liberación del fármaco.

¿Qué vacíos existen en el tema investigado?

Uno de los principales vacíos que posee este tipo de tratamiento es que, al ser relativamente reciente, no se han observado o analizado sus consecuencias en seres humanos. Esto se debe a que la experimentación en humanos está limitada por la ética científica y médica, la cual impide que la integridad de las personas se vea afectada por algún ensayo experimental. Sin embargo, algunos cuantos grupos de investigación han obtenido llegar a la fase de experimentación como tratamiento para analizar a detalle la reacción de este novedoso método. Uno de estos grupos de investigación pertenece a la Universidad del Valle, ubicada en la ciudad colombiana de Santiago de Cali. Este equipo de trabajo ha logrado proceder a la fase final de su trabajo investigativo mediante un arduo esfuerzo multidisciplinario, además, sus resultados son más que óptimos, pues su procedimiento logra tratar el cáncer sin que haya efectos secundarios. Por otro parte, cabe resaltar que la nanotecnología es un campo reciente. Según Blanco et al. (2011):

La nanotecnología es una ciencia muy joven, su desarrollo como ciencia comenzó en la década de los 90 del siglo pasado. Por definición es transdisciplinaria, se aplica en la industria, agricultura, biología, física, química, farmacia, ecología, informática, entre otras. A pesar de que se viene trabajando en ella poco más de 10 años promete revolucionar el mundo que conocemos hoy con grandes esperanzas en el campo de la medicina. (p.411)

Como último aspecto se encuentran la gran variedad de nanoestructuras que pueden ser clasificadas en dos grupos: las orgánicas y las inorgánicas. Cada una de ellas posee propiedades especiales como la biomimetización o la fotoluminiscencia. Sin embargo, materiales como los nanotubos de carbono presentan una alta toxicidad al ingresar a un organismo, lo que ha hecho que se inviertan más recursos en encontrar una forma de invertir o corregir esta reacción o desarrollar nanoestructuras menos “peligrosas”.

¿Qué tan conveniente es la investigación?

La nanotecnología ha hecho un gran aporte al desarrollo científico, proponiendo métodos para diferentes áreas del conocimiento. Esto supone un desarrollo drástico de la investigación, enfocándose en problemas que suponen un obstáculo para el avance humano. Entre estos se encuentran enfermedades como el VIH/SIDA o el cáncer que llenan cada vez más la lista de muertes alrededor del mundo. La nanotecnología plantea el uso de nanoestructuras que pueden ser utilizadas para liberar fármacos en regiones específicas del organismo a través tratamientos que requieren uso de electromagnetismo o temperaturas altas, puesto que la nanoestructura adquiere la capacidad de reaccionar frente a estos cambios de energía. Esto ha llevado al hombre a desarrollar tratamientos más eficaces y menos invasivos para eliminar de manera satisfactoria las células que se propagan de forma indiscriminada generando acumulaciones masivas de las mismas, lo que provoca tumores, en gran medida malignos. Con estos avances investigativos en el área de la salud, la medicina está cada vez más cerca de conseguir un tratamiento ideal para todas aquellas personas que padecen cáncer mediante este novedoso tratamiento.

Teniendo en cuenta lo previo, se estima que esta investigación será de gran ayuda para los pacientes de múltiples carcinomas, ya que la nanotecnología impedirá que su salud se vea afectada por otros tratamientos mucho más invasivos como los son la quimioterapia y la radioterapia. Esto ayudará a que la salud del paciente no presente más complicaciones para que de esta forma no flaquee su estado de salud. Dicho esto, la investigación es más que conveniente ya que, de llevarse a cabo, ayudaría a erradicar una enfermedad que ha asolado a la Humanidad desde sus inicios.

¿Cuál es el trasfondo de la investigación?

La nanotecnología se concibió a inicios de la segunda mitad del siglo XX, cuando Richard Feynman, ganador del premio nobel de Física, aseveró desarrollar materiales “átomo por átomo”, durante una conferencia en 1959 (Valenzuela, 2013). A partir de este momento y con el boom tecnológico que suponía la Guerra Fría, la nanotecnología fue el principal centro de atención de todas las investigaciones científicas a la fecha. Con el paso del tiempo, esta nueva tecnología se empezó a aplicar a diferentes áreas de la cotidianidad humana, desde la desalinización del agua marítima hasta el desarrollo de dispositivos que almacenan información. Todos estos avances llevaron al mundo científico a idear una forma de combatir enfermedades con esta tecnología. Las posteriores investigaciones llevaron a desarrollar estructuras a escala nanométrica donde los materiales adquirían diferentes propiedades físicas y químicas, las cuales podían ser utilizadas para transportar medicinas al área afectada. A este nuevo modelo de fármacos se le denominó nanomedicina, pero ¿qué es una nanomedicina? Según García-hevia y Nanotecnología (2015):

Las nanomedicinas son herramientas que permiten el diagnóstico, la prevención y el tratamiento de diferentes enfermedades. Tienen el potencial para permitir la detección temprana y la prevención de enfermedades, así como guiar una molécula activa a su lugar de acción y controlar su liberación para lograr una concentración óptima a lo largo de un período de tiempo. (p.1)

Gracias a esta nueva forma de emplear los medicamentos, la medicina ha buscado desarrollar un tratamiento poco invasivo que pueda contrarrestar la dispersión acelerada del cáncer, así como sus síntomas más severos, esto para prevenir el fallecimiento del individuo. Cabe resaltar que, estas nanomedicinas han pasado por diversas generaciones, cada una con características que van desde mono funciones hasta sistemas multifuncionales. El autor previo señala que existen 3 generaciones: la primera, está ligada a la debilidad de los tejidos vasculares y linfáticos tumorales que permiten su extravasación al interior tumoral de forma pasiva; la segunda, es funcional y característicamente igual y a la primera con la diferencia de que poseen componentes activos que se unen a los receptores de las células cancerígenas y la tercera supone un sistema multifuncional para combatir la barrera inmunitaria del organismo. (p.7-8)

A continuación, una imagen que describe las nanoestructuras que dieron origen a las nanomedicinas a lo largo del tiempo:

¿Cuáles han sido los principales resultados de la nanotecnología aplicada en el tratamiento del cáncer?

Los principales resultados de la nanomedicina contra el cáncer abarcan el desarrollo de nanoestructuras como nanopartículas, dendrímeros, liposomas, nanotubos, conjugados poliméricos y micelas, nanopartículas metálicas y magnéticas, entre otras, con compuestos híbridos y modificados para adquirir características esenciales en los procesos de los tratamientos del cáncer, como lo es la identificación del tejido en donde reside el carcinoma para la posterior liberación del fármaco.

“Los liposomas son vesículas artificiales constituidas, en su forma más simple, por una bicapa lipídica circundando una cavidad acuosa central.” (Lollo et al, 2011, p.81), estos sistemas contienen características que los clasifican como herramientas prometedoras en el transporte de fármacos por su carácter inerte, excelente biocompatibilidad e indicies aceptables de toxicidad y antigenicidad.

“Las nanopartículas son sistemas matriciales elaborados a partir de una gran variedad de materiales de origen natural, semisintético o sintético, en su mayoría polímeros.” (Lollo et al, 2011, p.82), los polímeros más utilizados para la elaboración de nanopartículas son algunas proteínas como la albumina, polisacáridos como el quitosano o el ácido hialurónico o polipéptidos y poli aminoácidos.

“Los dendrímeros se trata de estructuras globulares de polímeros con numerosas ramificaciones. En ellas se encuentra un núcleo bien definido y las ramificaciones de unidades que se repiten a lo largo de toda su estructura globular.” (Guillermo Gutiérrez, 2018, p.5), el uso de estas partículas en el sistema de liberación de fármacos tiene múltiples funciones ya que no solamente sirve como transportador de fármaco, también puede inducir mejoras en las funciones inmunológicas tales como la producción de óxido nítrico y la generación de ROS.

“Los nanotubos de carbono son estructuras tubulares en monocapa que tienen una sola pared cilíndrica, o en multicapa tienen propiedades mecánicas, eléctricas, ópticas, térmicas únicas y un enorme potencial para aplicaciones industriales y biomédicas” (Gómez et al, 2016, p.449), sin embargo en la nanomedicina contra el cáncer estas nanoestructuras están todavía en un riguroso estudio debido a su baja solubilidad, su poca dispersión, su toxicidad y sus efectos secundarios en el sistema inmunológico.

“Los conjugados polímero-proteína es un sistema de estireno-anhidrido maleico (SAM) y la proteína con actividad antitumoral neocarzinostatina (NCS) indicado para el tratamiento de carcinoma hepatocelular. “(Lollo et al, 2011, p.85)

Las nanopartículas de oro son una herramienta excelente para conocer las diferentes interacciones biológicas que se dan entre las nanopartículas y el medio. El uso de estas moléculas es debido a su poca o nula toxicidad. Posee una naturaleza biocompatible debido a su superficie química específica y a sus propiedades eléctricas y ópticas únicas. (Guillermo, 2018, p.6)

Estas partículas tienen particularidad de que los fármacos pueden unirse covalentemente a su superficie o mediante enlaces iónicos, del mismo modo el PEG también puede adherirse a este tipo de nanopartículas aumentando la estabilidad y el tiempo de circulación de la misma. Por otra parte, se han sintetizado otras nanopartículas supermagnéticas de óxido de hierro (Fe3O4). Las nanopartículas que cumplen con esta característica pueden dirigirse hacia el tejido tumoral mediante la aplicación de un campo magnético externo que se concentre en un lugar específico del cuerpo, logrando así una localización y liberación exacta del fármaco.

Discusión

Los autores no se contradicen en sus trabajos de investigación puesto que cada uno de ellos complementa al otro, lo que genera que la nanomedicina sea una ciencia coherente y puntual, esto es, que no hay una discrepancia entre los resultados que se obtienen en cada experimentación. Cabe resaltar que las nanoestructuras utilizadas en esta área de la medicina también se emplean en otros sectores como lo es la industria, obteniendo reacciones diferentes frente a las mismas características, propiedades y funciones. No es lo mismo emplear nanoestructuras en cuerpos inherentes, sintéticos; que en organismos vivos dotados de una barrera inmunológica que impide el ingreso de agentes extraños que pueden generar disturbios celulares. Además, hay cierto grado de incertidumbre por la adaptación de estas nanoestructuras en organismos vivos complejos como el ser humano. Por otra parte, no está de más mencionar que algunos aspectos complementarios no pudieron ser tratados de la debida forma, puesto que se hallaron incertidumbres en los resultados de los artículos o no se precisaba la información como se supone que debería ser.

Conclusiones

1. La nanotecnología es una novedosa aplicación ingenieril que promete revolucionar el mundo científico con sus grandes avances tecnológicos. Además, su aporte al área de la salud promete resolver problemas complejos que han enfrentado los especialistas médicos por años.
2. Debido a su espacio de trabajo (al situarse a escala nanométrica), las nanoestructuras suponen también un avance en la mecánica cuántica, ya que de esta forma se podrá estudiar a profundidad el comportamiento de los materiales en el espacio cuántico.
3. Este novedoso método promete involucrar los bots como un componente principal en el organismo vivo, que al tiempo sería de ayuda para detectar de forma más eficaz los microrganismos que puedan generar enfermedades mortales.
4. El enfoque de la nanotecnología se sitúa centralmente en el cáncer; una enfermedad que progresa de manera rápida y mortal infectando con el paso de tiempo diversos tejidos y órganos del organismo. Es precisamente por este comportamiento que se busca una manera de actuar de forma directa en las regiones afectadas para no invadir de forma constante al individuo.

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