sábado, 23 de junio de 2018

Nanopartículas revestidas de membranas celulares.

Las nanopartículas pueden administrar diferentes tipos de fármacos a tipos celulares específicos, por ejemplo, en la quimioterapia de las células cancerosas. Para llegar a donde necesitan ir y entregar el medicamento necesario deben ser más astutas que las defensas del cuerpo evitando ser reconocidas como intrusas. Las defensas del sistema inmune tienden a destruir las nanopartículas sintéticas; las capturan y eliminan del cuerpo en pocos minutos constituyendo una barrera límite para la utilización de la nanotecnología en medicina. Al ser enmascaradas con membranas celulares les permite sobrevivir durante horas sin daños. Esto ha llevado a científicos de la Universidad de California (San Diego-EE.UU) a desarrollar de una nueva clase de nanopartículas biomiméticas (biomimétrico: aplicación de los métodos y sistemas naturales a la ingeniería y la tecnología), revestidas con membrana celular.     Están 
Crédito: Nanowerk y Wiley-VCH Verlag
constituidas por un núcleo
sintético y nanoparticulado envuelto por una capa de membrana celular natural. Al transferir la capa más externa de una célula directamente sobre la superficie de la nanopartícula la complejidad de la totalidad de la membrana con sus lípidos, proteínas y carbohidratos se conserva manteniendo con fidelidad muchas de las propiedades exhibidas por la célula fuente. Finalmente las nanopartículas biomiméticas estarán listas para su uso en aplicaciones tales como administración de fármacos, desintoxicación, modulación inmune, biodetección, formación de imágenes y terapia fotoactivable. Es así como se desarrollaron nanopartículas recubiertas o revestidas por membranas de glóbulos rojos, de plaquetas, de glóbulos blancos, de células cancerígenas y de células madre. Además de estos grupos principales los investigadores también están explorando y trabajando en otros tipos de recubrimientos de membrana: células endoteliales, células beta, células bacterianas y membranas celulares híbridas. La utilidad del enfoque de revestimiento de nanopartículas con distintas membranas celulares permite consolidar la emergente nanotecnología biomimética. 

Lectura complementaria:
Cell Membrane Coating Nanotechnology.

sábado, 16 de junio de 2018

Nanosensor de la osteoartritis.

En el artículo “Label-Free Analysis of Physiological Hyaluronan Size Distribution with a Solid-State Nanopore Sensor”, publicado en Nature Communications,  investigadores del Wake Forest Baptist Medical Center (EE.UU) presentan un nanosensor para la detección y medición del biomarcador ácido hialurónico (HA). El HA es una molécula extremadamente ubicua que tiene una amplia gama de funciones fisiológicas vinculadas con la inflamación, lubricación de las articulaciones e hidratación tisular. La abundancia y la distribución del tamaño-peso molecular del HA en fluidos biológicos se reconoce como un indicador de la inflamación conducente a la osteoartritis y de otras enfermedades inflamatorias crónicas. También es un indicador del progreso de la enfermedad. Mientras que el peso molecular(MW) del HA de origen natural esta en el rango de 10 5 -10 7 Daltón (250-25,000 unidades de disacáridos, cada 1 nm de longitud), su tamaño dentro de este rango es un determinante crítico de la función de la molécula in vivo. Por ejemplo, el HA de alto MW (> 1000 kDa) es altamente viscoso y parece mostrar propiedades antiinflamatorias e inmunosupresoras; mientras que el HA de bajo MW (generalmente <500 kDa) puede inducir la liberación de citocinas proinflamatorias de los macrófagos. Además, la propiedades lubricantes del fluido sinovial dependen mucho más del HA de alto MW. En consecuencia, tanto la abundancia como la distribución del tamaño de HA son biomarcadores importantes para las patologías de la enfermedad y son esenciales para comprender las funciones de lubricación e inmunomoduladora de lHA in vivo.
Crédito: Nature Communicationsvolumen Pixabay
Actualmente, el método más utilizado para analizar el HA es la electroforesis en gel, una técnica lenta, semicuantitativa y con requisito de mucho material de partida. Otras técnicas como la espectrometría de masas y la cromatografía de exclusión por tamaño son costosas y de alcance limitado. El equipo de investigación utilizó un sensor de nanoporos de estado sólido como herramienta para el análisis del HA. Consiste en un chip con un único agujero o poro de unos pocos nanómetros de ancho, aproximadamente 5000 veces menor comparado con el diámetro de un cabello humano. Sólo las moléculas individuales pueden pasar a través de la abertura y, a medida que lo hacen, cada una puede ser detectada y analizada. Al aplicar el nanosensor los investigadores pudieron determinar el tamaño de cada molécula de HA. La distribución del tamaño del HA cambia con el tiempo en la osteoartritis, por lo que esta tecnología podría ayudar a evaluar mejor la progresión de la enfermedad. El nanosensor presentado establece un nuevo método cuantitativo para la evaluación de un biomarcador molecular significativo. Sólo son necesarios 10 nanogramos(ng) del AH extraído por un proceso mínimamente invasivo directamente del líquido sinovial. Los requisitos de sensibilidad, velocidad y muestra pequeña de este enfoque lo hacen atractivo como una poderosa herramienta analítica con claras ventajas sobre las tecnologías de evaluación actuales.

Lectura complementaria:

sábado, 9 de junio de 2018

Impacto estratégico de la nanotecnología en la sociedad, los negocios y la economía.

La rápida evolución tecnológica constituye la base del crecimiento exponencial de la innovación. Los avances de las nuevas tecnologías (Nano-Bio-Info y Cognotecnología / NBIC) han ido más allá de nuestra capacidad para pronosticar con precisión su impacto en la sociedad,  los negocios y la economía. Es necesario contar con el conocimiento adecuado para visualizar en tiempo real el nuevo contexto. 
Estamos en medio de un cambio de paradigma en el cual las ciencias destinadas al conocimiento de la naturaleza se reemplazan por ciencias-tecnologías integradas destinadas a trasformar la naturaleza para restituir pautas perdidas, dar respuestas a las necesidades socioeconómicas  y hacer posible la vida en la tierra.
Nuestra civilización es testigo del cambio tecnológico más rápido y exhaustivo de la historia. La nanotecnología tiene las características necesarias para redefinir, remodelar y transformar las economías y las sociedades a escala mundial. La manipulación, por primera vez,  de la materia a nivel atómico forzará la reevaluación de los mercados globales, las economías y las industrias en una escala nunca antes experimentada por la humanidad.  La naturaleza omnipresente de la nanotecnología como ciencia-tecnología fundamental tiene aplicaciones en numerosos servicios e industrias vinculados, entre otros,  con la salud, los materiales, la electrónica, los robots, la fotónica y la preservación del ambiente.
 "Arte nanofotónico"
Crédito de la imagen: Raúl Almirón-Alberto L. D'Andrea
¿Por qué es tan importante considerar su impacto? La nanotecnología puede brindar las herramientas para diseñar tanto la materia inorgánica como la orgánica  a nivel atómico con el potencial de realinear la sociedad y cambiar la estructura de los negocios. También puede hacer surgir nuevos modelos comerciales, herramientas de diseño y estrategias de fabricación a precios muy reducidos y altamente eficientes. Si los desarrollos en nanotecnología son capaces de alcanzar una masa crítica en el suministro de avances radicalmente innovadores como, por ejemplo, en el autoensamblaje automatizado, la mayoría de las industrias verticales se verán influenciadas. Las cadenas de suministro industrial y postindustrial cambiarán. ¿Qué pasaría si en las líneas de fabricación para hacer computadoras se redujeran los costos en un 50%? ¿Qué sucedería si el desarrollo de medicamentos y sus costos de fabricación bajaran un 70%? ¿Qué ocurriría si la generación de energía no dependiera más de los combustibles fósiles? ¿Cuál sería el impacto si se aplica la nanotecnología en las reducción de los costos de los bienes y servicios esenciales que afectan la calidad de vida, la salud, el hábitat y el transporte?  Seguramente ocurriría un impacto dramático en nuestro estilo de vida. La mayoría de las cadenas de valor, vínculos de apoyo, las alianzas y los canales de distribución serán alterados. Se reformarán las instituciones de aprendizaje, los servicios financieros y la industria manufacturera. Imaginemos la aparición de un nanochip con la capacidad de  procesamiento de diez supercomputadoras por el precio de un reloj de cuarzo y más pequeño que un llavero.  Imaginenos un material superfuerte y barato para la construcción y la fabricación capaz de eliminar el mercado del acero y de los plásticos. A medida que la economía mundial siga siendo transformada por las nuevas tecnologías, se desarrollará una intensa competencia por el talento, la propiedad intelectual, el capital y la experiencia tecnológica.  
Mientras la nanotecnología se desplaza de lo teórico a lo práctico, el posible impacto en la sociedad, los negocios, y la economía se hará cada vez más evidente impulsando las respuestas a las problemáticas actuales. Debemos tener la capacidad de configurar el estratégico futuro nanotecnológico de nuestras naciones. 

Lectura complementaria:

sábado, 2 de junio de 2018

Convertir el cabello en nanopartículas biomédicas

Suele ocurrir de tanto en tanto que algún trabajo de investigación nos sorprenda por su enfoque original y práctico. Tal es el caso del artículo “Hierarchical Micro/Nanostructures from Human Hair for Biomedical Applications” publicado en la revista Advanced Materials por un equipo de investigadores del Laboratory of Biomedical Polymers-University Wuhan, China. Ellos exploraron en orden jerárquico las microestructuras (micropartículas jerárquicas-HMP) y nanoestructuras (nanopartículas jerárquicas-HNP) del cabello humano utilizando procedimientos descendentes (top-down).  Tales partículas muestran una alta hemocompatibilidad e inmunogenicidad insignificante con relación a otros vehículos usualmente comercializados (nanodelivery) tales como los liposomas o las nanopartículas de albúmina. La estrategia es preparar los biomateriales a partir del cabello de los propios pacientes para superar los inconvenientes citados. Además, estos materiales también muestran optimas propiedades en aspectos vinculados a la  absorción de luz  y  eliminación
Crédito:  Advanced Materials 
de radicales libres. Tanto las HMP como las HNP pueden prevenir el daño inducido por la radiación UV y, por ejemplo, aliviar los síntomas de las cataratas in vitro. También presentan una satisfactoria capacidad de conversión fototérmica. Desde una perspectiva química, el cabello está compuesto principalmente por las melaninas y queratinas, dos  polímeros ideales para variadas aplicaciones biomédicas.

Los biomateriales basados ​​en queratina muestran un rendimiento superior en la regeneración ósea, la hemostasia y la protección celular. Los pigmentos de melanina, constituyen un tipo de polímero funcional existente en la mayoría de las formas de vida, tienen funciones versátiles en la regulación del equilibrio redox, la conversión fototérmica y la coloración dinámica. Tal vez baste con comentar que las nanopartículas HNP modificadas con aptámeros dirigidos contra tumores exhiben un efecto antineoplásico espectacular con supresión del 96.8% del crecimiento tumoral in vivo.  Ahora muchos desafíos biomédicos podrán contar con micro y nanomateriales  multifacéticos, una nueva y económica herramienta proveniente de tu cabello.

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sábado, 26 de mayo de 2018

Autoensamblaje robotizado masivo de nanoestructuras

En el artículo “Autonomous robotic searching and assembly of two-dimensional crystals to build van der Waals superlattices” publicado en la revista Nature Communications, investigadores japoneses,  presentan una forma de realizar ensamblaje robotizado a nanoescala con posibilidad cierta de estar disponible comercialmente a la brevedad. El sistema consiste en un microscopio óptico automatizado, un brazo robótico de transferencia de chips y un aparato de estampado que es capaz de apilar materiales bidimensionales (2D) conocidos como heteroestructuras de van der Waal (vdW)  mucho más rápidamente que los humanos. Estas heteroestructuras vdW reciben su nombre porque las fuerzas de van der Waal  mantienen juntas las capas. 
Crédito: Riccardo Frisenda
La propiedad única de estas nanoestructuras es que al alternar las capas conductoras (como el grafeno) y aislantes (como el nitruro de boro hexagonal) es posible lograr propiedades electrónicas “personalizadas”. Por lo general a los operadores les lleva días ensamblar 13 capas de una heteroestructura vdW mientras que el sistema presentado en el artículo permite ensamblar 29 capas en 32 horas.

Existen otros métodos de autoensamblaje para acoplar heteroestructuras de vdW que no involucran a los operadores apilando manualmente las capas, no obstante, estos métodos de autoensamblaje solo son capaces de crear heteroestructuras simples, en cambio la nueva técnica robótica se puede usar fácilmente para producir heteroestructuras tan complejas como el usuario las desee. En lugar de utilizar el enfoque “de arriba hacia abajo” comúnmente utilizado para fabricar dispositivos pequeños esculpiendo un material a granel (por ejemplo, en la industria del silicio, el punto de partida es una oblea de silicio macroscópica litografiada y grabada para definir transistores muy pequeños), en este trabajo usan el enfoque “de abajo hacia arriba” donde se fabrica un nanodispositivo acumulando capas atómicamente delgadas. La tecnología robótica presentada está en su inicio y es de esperar, a corto plazo,  un aumento considerable de la velocidad de ensamblado de las nanoestructuras.

sábado, 19 de mayo de 2018

La nanopartícula exómero y el cáncer

En el artículo “Identification of distinct nanoparticles and subsets of extracellular vesicles by asymmetric flow field-flow fractionation” publicado en la revista Nature Cell Biology, se aplica una técnica de vanguardia para separar y clasificar  las partículas de tamaño nanométrico presentes en los exosomas secretados por células cancerígenas (contienen ADN, ARN, grasas y proteínas). Existe un gran interés por el estudio de los exosomas para el desarrollo de las revolucionarias biopsias líquidas. La técnica permitió separar dos subtipos de exosomas distintos y descubrir una nueva nanopartícula, denominada exómero. Todo el material genético de los exómeros se encuentra mucho más preservado con relación a los fragmentos de ácidos nucleicos libres en sangre expuestos a la desnaturalización con mucha facilidad.
Crédito: Nature Cell Biology
 
Los exómeros, las partículas más predominantes secretadas por las células cancerosas, tienen menos de 50 nanómetros de diámetro, en comparación con los exosomas pequeños (Exo-S), que varían de 60 a 80 nanómetros de diámetro, y los exosomas grandes (Exo-L), con dimensiones entre 90 y 120 nanómetros. Los exosomas y exómeros también presentan diferentes características biofísicas tales como rigidez y carga eléctrica. Cuanto más rígida es la partícula, más fácil es su absorción por las células, Por lo expuesto, los exómeros, más rígidos que los exosomas, son mensajeros más efectivos para transferir toda la información sobre el tumor a las células receptoras. También difieren en la forma de participar en el cáncer. Los exómeros llevan enzimas metabólicas al hígado, un órgano  fundamental para la descomposición de las drogas en formas no tóxica. Los exómeros se dirigen al hígado para "reprogramar" su función metabólica y favorecer la progresión del tumor. También transportan factores de coagulación de la sangre al hígado, donde pueden suprimir la función normal del hígado en la regulación de la coagulación. En cambio los exosomas Exo-L promueven la metástasis en los ganglios linfáticos, mientras los Exo-S pueden apoyar la metástasis a distancia. 
El descubrimiento de los exómeros conduce a una mejor  comprensión sobre el mecanismo del cáncer y la técnica desarrollada puede ser beneficiosa  para el estudio de poblaciones complejas de nanopartículas y su utilización como biomarcadores en nuevas pruebas de diagnóstico.

sábado, 12 de mayo de 2018

Nanoestructura del hueso humano

Las propiedades del hueso se pueden atribuir a su organización jerárquica, donde los elementos pequeños forman estructuras más grandes. Sin embargo, la organización a escala nanométrica y la relación entre los componentes principales del hueso (mineral y proteína) no se han entendido completamente. Recientemente, equipos de investigación de la Universidad de York y del Imperial College de Londres, han demostrado, utilizando imágenes 3D del mineral en hueso humano a escala nanométrica, que los cristales minerales tienen una estructura jerárquica integrada a  la estructura de mayor escala del esqueleto. Los resultados de la investigación se publicaron en el artículo “Fractal-like hierarchical organization of bone begins at the nanoscale” de la revista Science (3 de mayo 2018).
Crédito: Dr Roland Kröger
Los investigadores combinaron varias técnicas avanzadas basadas en la microscopía electrónica y descubrieron que los principales bloques de construcción de mineral a escala nanométrica son los nanocristales curvos en forma de aguja capaces de formar plaquetas más grandes y retorcidas semejantes a las paletas de una hélice. Las cuchillas se fusionan continuamente y dividen a lo largo de la fase proteica del hueso. El mineral y la proteína entrelazados forman redes continuas para proporcionar la fuerza esencial de los huesos funcionales. La combinación de los dos materiales de una manera jerárquica proporciona hueso con propiedades mecánicas superiores a las de sus componentes individuales. Además del gran número de estructuras anidadas, una característica común de todas ellas es una ligera curvatura, responsable de proporcionar una geometría retorcida. Por nombrar algunas: los cristales minerales son curvos, los hilos de proteína (colágeno) están trenzados, las fibrillas de colágeno mineralizadas se retuercen y los huesos completos tienen un giro, como los de la forma curva de una costilla. Los fractales (objetos cuya estructura se repite a diferentes escalas) son comunes en la naturaleza: se pueden ver patrones auto-similares en relámpagos, líneas costeras, ramas de árboles, nubes y copos de nieve. El estudio de la nanoestructura permite concluir que la estructura del hueso sigue un principio de orden fundamental en la naturaleza.

Lectura complementaria:

sábado, 5 de mayo de 2018

Investigar células vivas por dentro con nanomotores

La capacidad de los nanomotores para ingresar a una célula y moverse a través del espacio intracelular no es nueva. Estos motores a menudo se pueden controlar utilizando varios tipos de campos: químicos, magnéticos, acústicos y eléctricos. No obstante hasta el presente no se había logrado evitar el daño celular. 
Un equipo de investigadores de la India, en la publicación “Maneuverability of Magnetic Nanomotors Inside Living Cells” (Advanced Materials), ha creado nanomotores helicoidales que pueden penetrar y maniobrar dentro de una célula utilizando un campo magnético rotativo. Su manejo, en forma remota,  limita el efecto de la transducción mecánica y la producción de algún efecto adverso sobre la célula.
Crédito: GiroScience/Shutterstock
Probaron los nanomotores en diferentes células cancerosas y no cancerosas, para analizar y, al mismo tiempo, diseñar  su desplazamiento por el espacio intracelular. Los investigadores pudieron sintonizar el movimiento (hacia delante y hacia atrás) ajustando el sentido de rotación del campo. El control a través de la célula permite su utilización  para entregar una carga útil (fármaco) directamente en el citoplasma celular. La investigación ha proporcionado suficiente evidencia sobre la anisotropía, heterogeneidad y variabilidad del espacio temporal en el interior de la célula. Observando como los nanomotores se mueven a través del entorno celular se pueden realizar estudios para hacer estimaciones cuantitativas sobre las propiedades reológicas puntuales en la célula. 
Los nanomotores magnéticos helicoidales pueden constituirse tanto en la herramienta para sondear el interior de la célula como para hacer delivery de medicamentos transportándolos directamente al  citoplasma celular.

Lectura complementaria:
Maneuverability of Magnetic Nanomotors Inside Living Cells

sábado, 28 de abril de 2018

La biotecnología también juega en el Mundial.

El 14 de junio del 2006, unos días antes del Mundial de Fútbol de Alemania, publiqué en el diario Clarín el artículo "La biotecnología también juega en el Mundial". El artículo se lo utilizó en varios manuales escolares, no siempre citando la autoría, en actividades vinculadas con contenidos de Biología y Biotecnología. A doce años de la publicación y ante la inminencia  del Mundial de Fútbol de Rusia, tal vez resulte interesante su lectura:
"Muchos conocen la historia de Lioneli Messi, quien a los 13 años presentaba una estatura inferior al promedio: alrededor de 1,46 metros. Se le diagnosticaron problemas de retraso en su crecimiento y, tras la negativa de clubes nacionales a hacerse cargo del tratamiento, emigró a España donde fue tratado con la hormona de crecimiento humano (hGH, human Growth Hormone).
La hormona del crecimiento humano se produce en la hipófisis humana y estimula la síntesis de proteínas, favoreciendo así el desarrollo de los músculos y huesos. En muchos casos, su utilización en tiempo y forma permite tratar el enanismo. Hasta mediados de los años ochenta, los tratamientos empleaban exclusivamente un tipo de hormona humana biológicamente activa. Esta era extraída de la hipófisis de cadáveres, por lo que, además de muy costosa, era extremadamente difícil de conseguir. Este procedimiento se siguió empleando hasta 1985, año en el que se descubrió la relación que había entre las muertes a causa de la enfermedad de Creutzfeldt-Jacob (una enfermedad del cerebro, que causa locura y muerte) y la hormona extraída de cadáveres humanos. Por tal motivo, se decidió retirar progresivamente del mercado el producto y, hoy en día, es imposible conseguir hormona extraída de cadáveres humanos. En sustitución, se comenzó a producir biotecnológicamente la hormona de crecimiento, empleando la técnica de ADN recombinante (rhGH). Esta consiste en introdu cir el gen que produce la hormona de crecimiento humano (gen localizado en el brazo largo del cromosoma 17) en bacterias como la Escherichia Coli o en cultivos de células de mamíferos. La hormona es luego purificada y así es comercializada mundialmente por múltiples laboratorios. Parece evidente, por otra parte, que la hormona es un producto biotecnológico de altísimo valor tanto para estimular el crecimiento en los niños-adolescentes como para retrasar el envejecimiento en los adultos-viejos. Muchos niños-adolescentes afectados por problemas de crecimiento no tienen ni la suerte de un diagnóstico a tiempo ni la posibilidad de poder comprar o conseguir la hormona por su elevado costo. Este panorama podría cambiar a raíz de que recientemente un laboratorio argentino pudo mediante técnicas de clonación obtener vacas transgénicas, en cuya leche está presente la hormona del crecimiento. En el futuro, esto permitiría proveer al mercado de una cantidad sufi ciente de este recurso con precios sensiblemente menores que los barajados en la actualidad.Afortunadamente, en el caso de Lionel Messi su fútbol le brindó la oportunidad de iniciar y completar el tratamiento con la rhGH y así alcanzar su actual altura de 1,69 metros. 
Resulta claro que su habilidad y talento no son producto de la hormona del crecimiento, pero también es cierto que jugadores de muy baja estatura y pequeña constitución física raramente llegan al fútbol competitivo de primer nivel".

Clarín, 14/06/06

sábado, 21 de abril de 2018

Desalinización solar directa con nanopartículas.

Hoy existe una necesidad crítica de convertir las fuentes no potables, como el agua de mar, en agua adecuada para uso humano debido a que más de mil millones de personas no tienen acceso al vital recurso, Sin embargo, los requerimientos de energía de las plantas de desalinización representan la mitad de sus costos de operación; esto hace necesario enfoques alternativos capaces preferentemente de aprovechar la radiación solar.
En el artículo “Desalinización solar del agua de mar con nanopartículas” (Biotecnología & Nanotecnología al Instante, 25/11/2007) explicamos como  nanopartículas de oro presentan el denominado efecto de resonancia plasmódica localizado originado, cuando la frecuencia de la onda electromagnética producida por el movimiento oscilatorio  de sus electrones superficiales, coincide con alguna frecuencia de los fotones de la radiación solar.  En tal situación ambas entran en resonancia con la absorción de la energía de la radiación incidente de esa longitud de onda, reflejando el resto. En el agua de mar, alrededor de las nanopartículas con su energía incrementada por la resonancia se comienzan a formar burbujas y, debido a la evaporación del agua en la interfase, migran a la superficie donde se libera el vapor quedando las nanopartículas disponibles para hacer un proceso continuo.
Ahora, trece investigadores de la Rice University, de Houston, publicaron el trabajo “Nanophotonics-enabled solar membrane distillation for off-grid water purification”, en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, en el cual utilizan una membrana con nanopartículas para el proceso de destilación inducido por la iluminación solar.
Crédito Rice University 
El sistema, conocido como destilación de membrana solar habilitada por nanofotónica (NESMD), utiliza una membrana porosa con nanopartículas de negro de humo. Las nanopartículas toman la energía de la luz solar para calentar el agua en un lado de la membrana, que filtra la sal y otros contaminantes no volátiles al tiempo que permite que el vapor de agua pase a través de ella logrando convertir hasta el 80 por ciento de la energía de la luz solar en calor. Los resultados de un prototipo indican la posibilidad de producir hasta seis litros de agua dulce por hora por metro cuadrado de membrana solar. Una particularidad distintiva del sistema NESMD, es que la fuente de calor está en la membrana; las nanopartículas, incrustadas en un lado usan la luz del sol para calentar el agua e impulsar el proceso de desalinización. 
En la literatura científica podemos encontrar otras publicaciones con  variados sistemas basados en la utilización de nanopartículas para la desalinización solar directa; al parecer el camino viable para tener agua potable a futuro.

Lectura complementaria:

sábado, 14 de abril de 2018

Nanopartículas hibridas para el cáncer de pulmón.

El tipo más común de cáncer de pulmón es el no microcítico con una tasa de supervivencia, luego de los tratamientos usuales, del 36% a los cinco años. Los investigadores del Jefferson College of Pharmacy han desarrollando un nuevo enfoque de tratamiento con nanopartículas hibridas que resultó efectivo en los modelos de pruebas en ratones. La investigación “Evaluation of MUC1-Aptamer Functionalized Hybrid Nanoparticles for Targeted Delivery of miRNA-29b to Nonsmall Cell Lung Cancer”, fue publicada en la revista Molecular Pharmaceutics.
Los aptámeros son oligonucleótidos de cadena sencilla (ssDNA y RNA), con tamaños entre 70 y 100 nucleótidos, capaces de reconocer de forma específica y con alta afinidad a varios tipos de moléculas diana (moléculas que están presentes en distintos tipos de cáncer) unirse e interactuar con ellas de forma de interferir en las funciones biológicas de las moléculas y por ende limitar la vida de las células involucradas. 
Modelo de nanopartícula hibrida
Las nanopartículas se diseñaron para liberar un aptámero, el microRNA 29b,  capaz de detener el crecimiento del tumor y hacerlo más susceptible a la quimioterapia. Si se lo administra inyección se degrada rápidamente en el torrente sanguíneo o es recogido y eliminado por las células inmunes sin producir efecto alguno. Para eludir estas limitaciones desarrollaron nanopartículas hidridas compuestas de un anticuerpo humano, la inmunoglobulina G (IgG), para ocultar la partícula al sistema inmune, el antígeno MUC1 que actúa como un sistema de navegación que guía las nanopartículas hacia los tumores pulmonares y finalmente la carga terapéutica, el aptámero microRNA-29b. El conjunto se une utilizando un polímero adhesivo llamado poloxamer-188. 
Los citados componentes forman una nanopartícula esférica con capacidad demostrada de encontrar adecuadamente y reducir los tumores pulmonares no microcíticos. La investigación en animales es sólo un inicio, un paso previo a las pruebas clínicas en humanos; no obstante, la estrategia concebida de realizar nanopartículas hidridas capaces de burlar el sistema inmunológico,  dirigirse al tumor y descargar el aptámero en el sitio específico para detener la proliferación maligna, se visualiza como una vía prometedora para combatir el cáncer, es este caso, de pulmón. 

Lectura complementaria:

sábado, 7 de abril de 2018

BioNanoarquitectura.

La premisa sustentada por la Bionanoarquitectura es que la vida responde mejor a diseños y materiales concordantes con la preservación de la naturaleza de los habitantes y de la naturaleza del medio, de modo de hacer más armónica y sustentable la existencia.
Un punto de inflexión dentro de la biotecnología moderna se produce con la presentación en el año 2000 de los datos del Proyecto Genoma Humano. El conocimiento del mapa genético humano ha brindado por primera vez en la historia la posibilidad de disponer del acervo genético como materia prima básica de la actividad socioeconómica del presente y del futuro. El conocimiento del genoma humano, desde el nacimiento, permitirá detectar nuestra tendencia genética a cierto tipos de actitudes-enfermedades para las cuales se deben adaptar las características de las viviendas y no forzar al individuo a los diseños arquitectónicos contra su natural tendencia genética.
Con el transcurso del tiempo se comprendió la necesidad de conocer un aspecto complementario de nuestro genoma. En las distintas partes del ser humano existen microorganismos tales como bacterias y hongos desarrollados en una relación íntima con el cuerpo. Ellos superan aproximadamente en 100 veces la cantidad de nuestras propias células. La sociedad formada por los microorganismos y los humanos produce un beneficio mutuo. El estudio global de secuenciación del genoma de la comunidad de microorganismos presentes en la microflora se centra en un nuevo campo biotecnológico: la metagenómica humana. Su propósito es proporcionar una visión amplia centrada en el descubrimiento de genes de interés especial en las comunidades microbianas relacionados con nuestro estado de salud y enfermedad. En la actualidad, el proyecto del microbioma humano se suma al del genoma humano ampliando de ese modo el acervo genético referencial sobre estado de salud de una persona en relación con su medio. La microflora humana es la interfase con la microflora de nuestro hábitat, susceptible a los grandes cambios medioambientales producto de la actividad del hombre.
Bionanoarquitectura. Alberto L. D'Andrea. El Cronista. 29/06/2009
La nanotecnología nos puede ayudar a mantener un hábitat equilibrado a través de la utilización de nanomateriales tendientes a lograr un máximo aprovechamiento de los recursos naturales sin producir desequilibrios que repercutan en la metagenómica del lugar y en definitiva en su fino equilibrio con nuestra salud. También la nanotecnología puede dar respuesta a múltiples necesidades ambientales y a ciertos genes vinculados con distintas problemáticas humanas usuales (ansiedad, depresión, stress, abatimiento, etc.).
Sólo citaremos unos pocos ejemplos. Pinturas nanotecnológicas con cierta especifidad antibacteriana destinadas a eliminar microorganismos que puedan afectar la bioflora normal. Pinturas adicionadas con nanoesferas cerámicas capaces de disminuir la conducción térmica aumentando la capacidad reflectiva de las superficies mejorando la aislación de la vivienda y por ende disminuyendo el consumo de energía destinada para refrigerar o calefaccionar en un 20%. Pinturas, para ansiosos,  que cambian el color de la pared durante el día según el ángulo de incidencia de la luz. Desde lo ambiental, la nanotecnología, también permite construir paneles solares diurnos más eficientes, paneles solares nocturnos hechos con nanocristales nanométricos capaces de absorber y funcionar con la radiación infrarroja que durante la noche se refleja desde las nubes (efecto invernadero) y pintura catalítica  capaz de convertir el monóxido de carbono a dióxido de carbono.
Imaginemos que pronto, alguien que viva en un departamento muy pequeño, en condiciones contrarias a su tendencia natural, podrá tener una pantalla girante muy finita en su pared (tipo OLED) y le bastara con seleccionar dónde quiere estar (servicio de nanocámaras incluido). Tomando una cerveza (en su departamento) pero mirando en tiempo real el entorno en el bar Palentino en Madrid, o tomar un café mirando a su alrededor o por una ventana la gente pasar en tiempo real en el café Tortoni de Buenos Aires,  o almorzar mirando las cataratas del Niágara desde Estados Unidos o Canadá o el rompimiento del glaciar Perito Moreno en la provincia de Santa Cruz (Argentina),...
Conocer nuestro genoma hará posible detectar nuestra tendencia a ciertos entornos compatibles; a una arquitectura centrada en las necesidades genéticas individuales de modo de que la nurtura respete a la natura, no imponiéndole una adaptación artificial tras la apariencia de un forzado equilibrio condenado al fracaso emocional. La interacción dinámica entre la nanotecnología y la biotecnología nos dará las herramientas necesarias para la comprensión profunda e integral del ser humano y nos brindará herramientas para incidir subjetiva y objetivamente en el arte y la técnica de la construcción. 
La producción arquitectónica basada en la biotecnología y la nanotecnología correlaciona objeto, medio y sujeto en una relación sinérgica y dinámica. La Bionanoarquitectura finalmente se podría visualizar como la contribución de la biotecnología y de la nanotecnología a la arquitectura para mejorar las condiciones de habitabilidad del planeta. 

Lectura complementaria:       
Casas hechas a medida (de nuestros genes).
Nota: el presente artículo es una actualización  del publicado en El Cronista el 9 de junio del año 2009.

sábado, 31 de marzo de 2018

Motor browniano oscilante para separar nanopartículas.

Un equipo de investigación de IBM publicó, el 31 de marzo del 2018, el artículo “Nanofluidic rocking Brownian motors” en la  revista científica Science. Los motores propuestos impulsan las nanopartículas a lo largo de pistas predefinidas para separarlas con una precisión sin precedentes. El motor browniano oscilante está inspirado en la naturaleza. En las células, los motores moleculares son pequeños andadores que transportan la carga a lo largo de guías de microtúbulos con un consumo mínimo de combustible. El movimiento browniano,  caótico y tembloroso de las partículas, es causado por las moléculas de agua al colisionar aleatoriamente con ellas. Albert Einstein dio una descripción correcta del movimiento  en 1905. 
Un motor browniano convierte este movimiento aleatorio en trabajo mecánico al trasformar la aleatoriedad en un movimiento recto de las partículas. Para este propósito, los científicos usan el principio similar a un destornillador de trinquete. Un trinquete es un mecanismo que permite a un engranaje girar hacia un lado, pero le impide hacerlo en sentido contrario. Además, usan una fuerza externa oscilante capaz de empujar las partículas contra los dientes de trinquete. El motor browniano no produce movimiento dirigido, solo evita que las partículas se muevan hacia atrás. Para comenzar a construir el dispositivo  utilizaron  una punta diminuta y caliente de silicio con un ápice afilado de modo de crear un paisaje tridimensional "cincelando" el material en una capa de polímero. La técnica se denomina litografía con sonda de escaneo térmico. La separación de dos tipos diferentes de partículas requiere combinar dos trinquetes con direcciones de transporte opuestas con dientes de diferentes tamaños. Luego se  coloca una  gota de agua  conteniendo las pequeñas esferas de oro de 60 nm y 100 nm en los trinquetes y  se cubre con un cristal delgado, dejando un pequeño espacio entre las puntas de los dientes y el vidrio. Como una partícula de mayor tamaño es menos probable que explore el trinquete con los dientes más pequeños, las esferas se mueven en direcciones opuestas y se separan. Las partículas de 60 nm se balancean hacia la derecha y las partículas de 100 nm hacia el lado izquierdo del sistema en solo unos pocos segundos. El dispositivo tiene capacidad para separar partículas entre 5 nm y 100 nm de tamaño y con diferencias en el radio entre ellas de solo 1 nm. El motor browniano oscilante presenta un gran potencial para aplicaciones de laboratorio en chips vinculados con la ciencias de los materiales, las ciencias ambientales y la bioquímica.

Lectura complementaria:
Nanofluidic rocking Brownian motors.