La barrera hematoencefálica impide el tratamiento de zonas cerebrales profundas o difícil acceso. La nanorrobótica podría llegar hasta ellas para liberar allí agentes terapéuticos. En la imagen: tracto de fibras nerviosas en 3D, segmentación cortical e imagen IRM del cerebro humano. Fuente: Allen Institute for Brain Research.
La nanotecnología es una rama de la tecnología que parece ciencia ficción, sobre todo si pensamos que se ocupa –entre otras cosas- de la fabricación y el control de estructuras y máquinas del tamaño de moléculas (un nanómetro es la mil millonésima parte de un metro).
¿Cómo son esas máquinas y para qué pueden servir? Por ahora, con nanotecnología se han creado aparatos como un “submarino” médico de tamaño nanométrico destinado a distribuir medicamentos directamente en las células enfermas, con el fin de erradicarlas; un ordenador compuesto por 17 moléculas e incluso una máquina molecular sintética capaz de desplazar una gota de agua visible, a pesar de ser 80.000 veces más pequeña que el ancho de un cabello humano; entre otros.
Además, se está investigando la fabricación de máquinas nanométricas mediante la combinación de organismos vivos con maquinaria a escala nano.
En esta dirección, investigadores de la Universidad de Illinois en Chicago (EEUU) acaban de lograr desarrollar un nanorrobot (NERD) que es un sensor de humedad. Lo han hecho añadiendo puntos cuánticos de grafeno en la superficie de una espora bacteriana, además de unos electrodos (las esporas bacterianas son características de algunas bacterias; los puntos cuánticos son nanoestructuras semiconductoras, y el grafeno es una sustancia formada por carbono puro, muy ligera, pero 200 veces más fuerte que el acero).
¿Qué hace NERD?
Este nanorrobot funciona de la siguiente forma, explican sus creadores en un comunicado de la Universidad de Illinois: Cuando se reducen los niveles de humedad alrededor de la espora bacteriana, esta se encoge. Al contraerse, los puntos cuánticos presentes en la superficie de la esfera se acercan, lo que aumenta su conductividad. Esta conductividad es, a su vez, medida por los electrodos, que emiten una señal.
Esta señal permite saber, por tanto, cuando se produce un cambio de humedad alrededor de la espora. La respuesta se produce, además, 10 veces más rápido que la de un sensor fabricado con los polímeros absorbentes artificiales más avanzados, aseguran los investigadores.
NERD permitiría, por tanto, medir las condiciones de humedad, por ejemplo en entornos donde es importante que esta se mantenga baja, como los alimentos. También podría usarse para aplicaciones espaciales, donde cualquier cambio en la humedad puede ser señal de una fuga, afirman los científicos.
¿Cómo son esas máquinas y para qué pueden servir? Por ahora, con nanotecnología se han creado aparatos como un “submarino” médico de tamaño nanométrico destinado a distribuir medicamentos directamente en las células enfermas, con el fin de erradicarlas; un ordenador compuesto por 17 moléculas e incluso una máquina molecular sintética capaz de desplazar una gota de agua visible, a pesar de ser 80.000 veces más pequeña que el ancho de un cabello humano; entre otros.
Además, se está investigando la fabricación de máquinas nanométricas mediante la combinación de organismos vivos con maquinaria a escala nano.
En esta dirección, investigadores de la Universidad de Illinois en Chicago (EEUU) acaban de lograr desarrollar un nanorrobot (NERD) que es un sensor de humedad. Lo han hecho añadiendo puntos cuánticos de grafeno en la superficie de una espora bacteriana, además de unos electrodos (las esporas bacterianas son características de algunas bacterias; los puntos cuánticos son nanoestructuras semiconductoras, y el grafeno es una sustancia formada por carbono puro, muy ligera, pero 200 veces más fuerte que el acero).
¿Qué hace NERD?
Este nanorrobot funciona de la siguiente forma, explican sus creadores en un comunicado de la Universidad de Illinois: Cuando se reducen los niveles de humedad alrededor de la espora bacteriana, esta se encoge. Al contraerse, los puntos cuánticos presentes en la superficie de la esfera se acercan, lo que aumenta su conductividad. Esta conductividad es, a su vez, medida por los electrodos, que emiten una señal.
Esta señal permite saber, por tanto, cuando se produce un cambio de humedad alrededor de la espora. La respuesta se produce, además, 10 veces más rápido que la de un sensor fabricado con los polímeros absorbentes artificiales más avanzados, aseguran los investigadores.
NERD permitiría, por tanto, medir las condiciones de humedad, por ejemplo en entornos donde es importante que esta se mantenga baja, como los alimentos. También podría usarse para aplicaciones espaciales, donde cualquier cambio en la humedad puede ser señal de una fuga, afirman los científicos.
Componentes del nanorrobot fabricado con una espora bacteriana. Imagen: Berry Research Laboratory. Fuente: UIC.
Agentes nanorrobóticos que curan el cerebro
Por otra parte, ya sin componentes naturales, recientemente científicos de la Universidad de Montreal, en Canadá, han desarrollado unos “agentes nanorrobóticos” con una capacidad importante: pueden abrir la barrera hematoencefálica, que es la densa formación celular que protege al cerebro.
Tras atravesar dicha barrera, estos agentes minúsculos pueden liberar moléculas terapéuticas para el tratamiento localizado de tumores (en general, la barrera hematoencefálica impide que al cerebro lleguen el 98% de las moléculas terapéuticas).
El sistema funciona de la siguiente forma: las nanopartículas que lo componen son expuestas a radiofrecuencia, lo que provoca un aumento de su temperatura, con la consecuente disipación de calor.
Ese calor genera un estrés mecánico sobre la barrera hematoencefálica, lo que hace que esta se abra temporalmente (durante unas dos horas), ha informado la Universidad de Montreal a través de un comunicado difundido por AlphaGalileo. Esto es lo que permite una apertura temporal y localizada de la barrera para la difusión de agentes terapéuticos en el cerebro.
El avance es importante porque, en la actualidad, este punto solo puede conseguirse con cirugía. Pero a veces esta tampoco es suficiente, porque ciertos tipos de tumores se encuentran en el tronco cerebral, entre los nervios, lo que hace imposible alcanzarlos.
Aunque hay muchos obstáculos que superar antes de que esta tecnología pueda ser utilizada para el tratamiento de seres humanos, el equipo de investigación es optimista: "Aunque nuestros resultados actuales son solo una prueba de concepto, estamos en el camino de alcanzar nuestro objetivo de desarrollar un mecanismo de administración local de fármacos capaz de tratar trastornos oncológicos, psiquiátricos, neurológicos y neurodegenerativos, entre otros”, afirman.
Por otra parte, ya sin componentes naturales, recientemente científicos de la Universidad de Montreal, en Canadá, han desarrollado unos “agentes nanorrobóticos” con una capacidad importante: pueden abrir la barrera hematoencefálica, que es la densa formación celular que protege al cerebro.
Tras atravesar dicha barrera, estos agentes minúsculos pueden liberar moléculas terapéuticas para el tratamiento localizado de tumores (en general, la barrera hematoencefálica impide que al cerebro lleguen el 98% de las moléculas terapéuticas).
El sistema funciona de la siguiente forma: las nanopartículas que lo componen son expuestas a radiofrecuencia, lo que provoca un aumento de su temperatura, con la consecuente disipación de calor.
Ese calor genera un estrés mecánico sobre la barrera hematoencefálica, lo que hace que esta se abra temporalmente (durante unas dos horas), ha informado la Universidad de Montreal a través de un comunicado difundido por AlphaGalileo. Esto es lo que permite una apertura temporal y localizada de la barrera para la difusión de agentes terapéuticos en el cerebro.
El avance es importante porque, en la actualidad, este punto solo puede conseguirse con cirugía. Pero a veces esta tampoco es suficiente, porque ciertos tipos de tumores se encuentran en el tronco cerebral, entre los nervios, lo que hace imposible alcanzarlos.
Aunque hay muchos obstáculos que superar antes de que esta tecnología pueda ser utilizada para el tratamiento de seres humanos, el equipo de investigación es optimista: "Aunque nuestros resultados actuales son solo una prueba de concepto, estamos en el camino de alcanzar nuestro objetivo de desarrollar un mecanismo de administración local de fármacos capaz de tratar trastornos oncológicos, psiquiátricos, neurológicos y neurodegenerativos, entre otros”, afirman.
Referencias bibliográficas:
T. S. Sreeprasad, Phong Nguyen, Ahmed Alshogeathri, Luke Hibbeler, Fabian Martinez, Nolan McNeil, Vikas Berry. Graphene Quantum Dots Interfaced with Single Bacterial Spore for Bio-Electromechanical Devices: A Graphene Cytobot. Scientific Reports. (2015). DOI: 10.1038/srep09138.
Seyed Nasrollah Tabatabaei, Hélène Girouard, Anne-Sophie Carret, Sylvain Martel. Remote control of the permeability of the blood–brain barrier by magnetic heating of nanoparticles: A proof of concept for brain drug delivery. Journal of Controlled Release (2015). DOI: 10.1016/j.jconrel.2015.02.027.
T. S. Sreeprasad, Phong Nguyen, Ahmed Alshogeathri, Luke Hibbeler, Fabian Martinez, Nolan McNeil, Vikas Berry. Graphene Quantum Dots Interfaced with Single Bacterial Spore for Bio-Electromechanical Devices: A Graphene Cytobot. Scientific Reports. (2015). DOI: 10.1038/srep09138.
Seyed Nasrollah Tabatabaei, Hélène Girouard, Anne-Sophie Carret, Sylvain Martel. Remote control of the permeability of the blood–brain barrier by magnetic heating of nanoparticles: A proof of concept for brain drug delivery. Journal of Controlled Release (2015). DOI: 10.1016/j.jconrel.2015.02.027.