La nanotecnología está creando nuevas oportunidades para combatir las enfermedades, desde la entrega de medicamentos en envases inteligentes hasta nanobots impulsados ​​por los motores más pequeños del mundo.

La quimioterapia beneficia a muchos pacientes, pero los efectos secundarios pueden ser brutales.

Cuando a un paciente se le inyecta un medicamento contra el cáncer, la idea es que las moléculas busquen y destruyan las células tumorales rebeldes. Sin embargo, se necesitan administrar cantidades relativamente grandes para alcanzar el objetivo en concentraciones suficientemente altas para que sean eficaces. Como resultado de esta alta concentración de fármaco, las células sanas pueden morir al igual que las células cancerosas, dejando a muchos pacientes débiles, náuseas y vulnerable a la infección.

Una forma en que los investigadores están intentando mejorar la seguridad y eficacia de los medicamentos es utilizar un área de investigación relativamente nueva conocida como nanoterapéutica para dirigir la administración de medicamentos solo a las células que lo necesitan.

El profesor Sir Mark Welland es Jefe de la División de Ingeniería Eléctrica de Cambridge. En años recientes, su investigación se ha centrado en la nanoterapéutica, trabajando en colaboración con los médicos y la industria para desarrollar mejor, medicamentos más seguros. Él y sus colegas no diseñan nuevos medicamentos; en lugar de, diseñan y construyen envases inteligentes para medicamentos existentes.

Los nanoterapéuticos vienen en muchas configuraciones diferentes, pero la forma más fácil de pensar en ellos es tan pequeño, partículas benignas llenas de una droga. Pueden inyectarse de la misma forma que un fármaco normal, y se transportan a través del torrente sanguíneo hasta el órgano diana, tejido o célula. En este punto, un cambio en el entorno local, como el pH, o el uso de luz o ultrasonido, hace que las nanopartículas liberen su carga.

Las herramientas de tamaño nanométrico se buscan cada vez más para el diagnóstico, administración y terapia de fármacos. "Hay una gran cantidad de posibilidades en este momento, y probablemente más por venir, por eso ha habido tanto interés, ", dice Welland. Utilizando química e ingeniería inteligentes a nanoescala, se puede "enseñar" a las drogas a comportarse como un caballo de Troya, o mantener el fuego hasta el momento oportuno, o para reconocer el objetivo que están buscando.

"Siempre tratamos de utilizar técnicas que puedan ampliarse; evitamos el uso de productos químicos costosos o equipos costosos, y hemos tenido bastante éxito en eso, ", agrega." Al mantener bajos los costos y utilizar técnicas escalables, tenemos muchas más posibilidades de hacer un tratamiento exitoso para los pacientes ".

En 2014, él y sus colaboradores demostraron que las nanopartículas de oro podrían usarse para 'pasar de contrabando' medicamentos de quimioterapia a las células cancerosas en el glioblastoma multiforme, el tipo de cáncer cerebral más común y agresivo en adultos, que es notoriamente difícil de tratar. El equipo diseñó nanoestructuras que contienen oro y cisplatino, un fármaco de quimioterapia convencional. Una capa sobre las partículas las atrajo a las células tumorales de pacientes con glioblastoma, de modo que las nanoestructuras se unieron y fueron absorbidas por las células cancerosas.

Una vez dentro, estas nanoestructuras fueron expuestas a radioterapia. Esto hizo que el oro liberara electrones que dañaban el ADN de la célula cancerosa y su estructura general. potenciar el impacto del fármaco de quimioterapia. El proceso fue tan efectivo que 20 días después, el cultivo celular no mostró evidencia de ningún resurgimiento, sugiriendo que las células tumorales habían sido destruidas.

Si bien la técnica aún está a varios años de su uso en humanos, han comenzado las pruebas en ratones. El grupo de Welland está trabajando con MedImmune, la rama de I + D de productos biológicos de la empresa farmacéutica AstraZeneca, estudiar la estabilidad de los fármacos y diseñar formas de administrarlos de forma más eficaz utilizando la nanotecnología.

"Una de las grandes ventajas de trabajar con MedImmune es que entienden con precisión cuáles son los requisitos para que un medicamento sea aprobado. Cerramos líneas de investigación donde pensamos que nunca llegaría al punto de aprobación por parte de los reguladores". ", dice Welland." Es importante ser pragmático al respecto para que solo se adopten los enfoques con las mejores posibilidades de funcionar en los pacientes ".

Los investigadores también están apuntando a enfermedades como la tuberculosis (TB). Con fondos de Rosetrees Trust, Welland y el investigador postdoctoral, el Dr. Íris da luz Batalha, están trabajando con el profesor Andrés Floto en el Departamento de Medicina para mejorar la eficacia de los medicamentos antituberculosos.

Su solución ha sido diseñar y desarrollar no tóxicos, polímeros biodegradables que se pueden 'fusionar' con moléculas de fármacos antituberculosos. Como las moléculas de polímero tienen un largo, forma de cadena, los medicamentos se pueden unir a lo largo de la cadena principal del polímero, lo que significa que se pueden cargar cantidades muy grandes del fármaco en cada molécula de polímero. Los polímeros son estables en el torrente sanguíneo y liberan los fármacos que transportan cuando llegan a la célula diana. Dentro de la celda el pH baja, lo que hace que el polímero libere el fármaco.

De hecho, los polímeros funcionaron tan bien para los medicamentos contra la tuberculosis que otro de los investigadores postdoctorales de Welland, Dra. Myriam Ouberaï, ha formado una empresa de nueva creación, Espirea, que está recaudando fondos para desarrollar los polímeros para su uso con medicamentos oncológicos. Ouberaï espera establecer una colaboración con una empresa farmacéutica en los próximos dos años.

"Al diseñar estas partículas, cargarlos de drogas y hacerlos inteligentes para que liberen su carga de manera controlada y precisa:es todo un desafío técnico, "agrega Welland." La principal razón por la que estoy interesado en el desafío es que quiero ver que algo funcione en la clínica, quiero que algo funcione en los pacientes ".

¿Podría la nanotecnología ir más allá de la terapéutica a una época en la que las nanomáquinas nos mantengan sanos patrullando? monitoreando y reparando el cuerpo?

Las nanomáquinas han sido durante mucho tiempo el sueño de los científicos y el público por igual. Pero averiguar cómo hacer que se muevan ha significado que permanecieron en el ámbito de la ciencia ficción.

Pero el año pasado El profesor Jeremy Baumberg y sus colegas en Cambridge y la Universidad de Bath desarrollaron el motor más pequeño del mundo, de apenas unas mil millonésimas de metro de tamaño. Es biocompatible, rentable de fabricar, Rápido para responder y energéticamente eficiente.

Las fuerzas ejercidas por estos 'ANT' (para 'accionar nano-transductores') son casi cien veces mayores que las de cualquier dispositivo conocido, motor o músculo. Hacerlos, diminutas partículas cargadas de oro, unido con un gel polimérico sensible a la temperatura, se calientan con un láser. A medida que los recubrimientos de polímero expulsan agua del gel y colapsan, una gran cantidad de energía elástica se almacena en una fracción de segundo. Al enfriar, las partículas se separan y liberan energía.

Los investigadores esperan utilizar esta capacidad de los ANT para producir fuerzas muy grandes en relación con su peso para desarrollar máquinas tridimensionales que nadan. tienen bombas que absorben líquido para detectar el medio ambiente y son lo suficientemente pequeñas para moverse por nuestro torrente sanguíneo.

Trabajando con Cambridge Enterprise, el brazo de comercialización de la Universidad, el equipo del Centro de Nanofotónica de Cambridge espera comercializar la tecnología para bioaplicaciones de microfluidos. El trabajo está financiado por el Consejo de Investigación en Ingeniería y Ciencias Físicas y el Consejo Europeo de Investigación.

"Se está produciendo una revolución en la atención médica personalizada, y para eso necesitamos sensores no solo en el exterior sino en el interior, "explica Baumberg, quien lidera una Red de Investigación Estratégica interdisciplinaria y un Centro de Formación Doctoral enfocado en nanociencia y nanotecnología.

"La nanociencia está impulsando esto. Ahora estamos construyendo tecnología que nos permite incluso imaginar estos futuros".