Nanopartículas terapeuticas

El premio Nobel de física de 1963, Richard Feynman, dio una conferencia, en 1959, en la que mencionó la posibilidad de almacenar los veinticuatro tomos de la Enciclopedia Británica en la cabeza de un alfiler, de crear micromáquinas capaces de viajar a través del cuerpo humano, de manipular, átomo por átomo, la síntesis de materiales de nueva creación, y algunas otras ideas que en aquel tiempo eran difíciles de concebir. En los primeros años del siglo veintiuno, el desarrollo tecnológico de nuevos materiales ha hecho tangibles algunas de las premisas de Feynman. Ejemplos de esto son los discos duros de la reciente generación de computadoras, capaces de almacenar una gran cantidad de información en películas magnéticas delgadas; los instrumentos médicos de diagnóstico que, en la actualidad, son más compactos y rápidos; las técnicas de enfriamiento, así como las de manipulación por láser que hacen más preciso el confinamiento de átomos y moléculas. Todo esto forma parte de lo que se conoce como nanotecnología, universo en el que se utilizan las propiedades físicas de los materiales en escala de nanómetros.

Una nanopartícula, conocida también como nanopolvo, nanoracimo, o nanocristal, es una partícula microscópica con por lo menos una dimensión menor que cien nanometros. Actualmente las nanopartículas son un área de intensa investigación científica, debido a una amplia variedad de aplicaciones potenciales en los campos de biomédicos, ópticos, y electrónicos. La Iniciativa Nacional de Nanotecnología del gobierno de los Estados Unidos ha conducido cantidades enormes de financiamiento exclusivamente para la investigación de las nanopartículas.

Una nanopartícula tiene el tamaño de algunos nanómetros, y sus propiedades tanto físicas como químicas son diferentes a las que presenta el material en la escala de los centímetros. Según el investigador Guozhong, en el artículo publicado el año 2004 sobre “nanoestructuras y nanomateriales”, existen diferentes tipos de nanopartículas, en las cuales es posible distinguir el carácter organizacional de la materia: (1) Semiconductoras. Las partículas semiconductoras se fabrican a partir de la combinación de un precursor metálico con elementos pertenecientes a la familia del oxígeno. En general, como en el caso de los semiconductores comunes, las nanopartículas se forman de la mezcla de los elementos de la tabla periódica del grupo tres con el grupo cinco, por ejemplo: fosfuro y arsenuro de indio; o de la composición de los grupos cuatro y seis, como son el selenuro, teluro y sulfuro de plomo. (2) Metálicas. En el caso de las nanopartículas metálicas su principal característica es que contienen un número determinado de electrones libres confinados en un espacio muy pequeño. Esto les da propiedades como la resonancia plasmónica, que es la propiedad de interactuar específicamente con la luz, la cual se puede ver claramente en el caso del oro, donde soluciones de distintos tamaños de nanopartículas presentan colores que van desde el púrpura hasta el marrón. Este cambio de color es resultado de la oscilación colectiva de los electrones al interactuar con la luz. (3) Otras. Existen otros tipos de nanopartículas con diversos usos como las magnéticas, que son empleadas en el mejoramiento de imágenes en el diagnóstico médico, y las dieléctricas, las cuales han sido propuestas como modelos para su uso en la computación cuántica, porque pueden ser selectivamente excitadas por medio de pulsos ópticos.

Las investigaciones dirigidas a la búsqueda de alternativas para el tratamiento de las infecciones causadas por bacterias y virus resistentes se incrementan cada día. Según Yoon y sus colegas investigadores, en el artículo publicado el año 2008 acerca de “características antimicobianas del aerosol de plata”, dentro de la gama de compuestos cuya actividad bactericida se está investigando, las nanopartículas de plata surgen como un prometedor agente antibacteriano que podría ser utilizado para enfrentar a bacterias resistentes a los antibióticos. En diversos estudios se han observado las propiedades antimicrobianas de las nanopartículas de plata tanto en virus como en bacterias. Se ha determinado que las nanopartículas de plata tienen efecto en bacterias Gram negativas como Escherichia coli, Vibrio cholera y Pseudomonas aeruginosa, además de Gram positivas como Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus y Enterococcus faecalis. Aunado a ello, el grupo de investigación de Elechiguerra, en el artículo escrito el año 2005 acerca de la “interacción de nanopartículas de plata con el VIH-1” determinó la capacidad antiviral de las nanopartículas de plata en el virus de inmunodeficiencia humana tipo 1. A pesar de todos los hallazgos no se ha podido establecer hasta el momento el mecanismo de acción por el cual estos nanomateriales llevan a cabo su efecto antibacteriano. Sin embargo los resultados obtenidos gracias al empleo de la proteómica, en el articulo escrito el año 2006 por Lok y sus colegas acerca del “análisis proteómico del modo de acción antibacteriano de las nanopartículas de plata”, los cuales mostraron un claro efecto de las nanopartículas de plata sobre la expresión proteínas de la membrana interna de E. coli sugiriendo que un posible sitio de acción de estos compuestos es la membrana celular.

Los productos médicos que incorporan plata nanoescalar están entre los primeros éxitos comerciales de la nanotecnología. Aunque las propiedades antimicrobianas de la plata son conocidas hace miles de años, el incremento en el área superficial de las nano-partículas de plata diseñadas con ingeniería nanológica, de uno a cien nanómetros, las torna más reactivas químicamente y resalta sus propiedades terapéuticas. Nucryst Pharmaceuticals, una subsidiaria de Westaim Corporation, fabrica recubrimientos de heridas y quemaduras impregnados con plata nanoscópica con el fin de combatir la infección y la inflamación. Según Bethany Halford, en el artículo escrito el año 2006 titulado “¿una bala de plata para las infecciones?”, la plata mata las bacterias y los virus al impedir el transporte de electrones en los microbios y desfasar la replicación celular cuando entra en contacto con el ácido desoxirribonucleico. Los iones de plata, átomos que tienen una carga eléctrica debido al cambio en el número de electrones, pueden perturbar las estructuras microbianas y sus funciones. El lado problemático es que los altos niveles de iones de plata, liberados por periodos prolongados de tiempo, pueden matar también las células, por lo que debe controlarse la exposición a ellos.

Smith & Nephew, una de las firmas de equipo médico más grandes del mundo, vende los recubrimientos de heridas con capa de plata de Nucryst en treinta países, con el nombre de Acticoat. La demanda de recubrimientos antimicrobianos crece debido a que, con mucha rapidez, diversas bacterias se están volviendo resistentes a los antibióticos. Smith & Nephew afirma que el Acticoat es efectivo contra ciento cincuenta patógenos, incluidos algunos microorganismos resistentes.

Johnson & Johnson, Bristol-Myers Squibb y Medline Industries, entre otras compañías, comercializan ya productos médicos basados en plata nanoscópica. Pero los recubrimientos de heridas son sólo el principio. Según los investigadores Tobler y Warner, en el artículo escrito el año 2005 titulado “La nanotecnología de plata combate microbios en los dispositivos médicos”, dado que se calcula que las infecciones bacterianas relacionadas con la hospitalización son la quinta causa de muerte en Estados Unidos, las compañías intentan que se recubra con plata nanoscópica el instrumental quirúrgico, las sábanas de las camas y las cortinas de los hospitales. En diciembre de 2005 la Administradora de Alimentos y Medicamentos de los Estados Unidos, concedió la aprobación de un catéter, un tubo para transportar líquidos, recubierto con plata antimicrobiana para su implantación en el cuerpo humano.

Según Sampson, en el artículo escrito el año 2004 sobre “trajes con auto-limpieza, en su futuro”, los recubrimientos de plata nanoscópica se usan también como dispositivos antimicrobianos en los productos de consumo, como el acabado de refrigeradores, las escobas, los recipientes para almacenar alimentos y la ropa. SmartSilver son unos calcetines antimicrobianos que se venden a los soldados en las tiendas del ejército estadunidense, y los investigadores desarrollan telas con recubrimientos de plata nanoescalar que son descritas como “auto-limpiadoras”. Una nueva lavadora de ropa lanzada al mercado por Samsung, llamada SilverCare, inyecta iones de plata al agua de lavado y enjuague. Samsung afirma que los iones de plata penetran la tela y matan las bacterias sin necesidad de agua caliente o blanqueador. En palabras de Rhonda Rundle, “la guerra contra los gérmenes tiene una línea de plata”, los especialistas en tratamiento de aguas a nivel municipal se preguntan si la plata nanoscópica en las lavadoras de ropa podría ocasionar serios problemas si las partículas de plata se descargan a los drenajes y matan plancton, lo que perturbaría la cadena alimenticia. A petición hecha a principios de 2006 por la Asociación de Dependencias en pro de Agua Limpia de los Estados Unidos, la Agencia de Protección Ambiental del gobierno estadunidense consideró en junio de 2006 la revisión y clasificación de los productos que contuvieran nano-partículas de plata como plaguicidas, es decir, con la capacidad de matar vida vegetal.