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miércoles, 15 de febrero de 2023

La revolución en nanomedicina: los taladros moleculares.

En el año 2016 Jean-Pierre Sauvage, Fraser Stoddart y Bernard Feringa recibieron el premio Nobel de Química por iniciar un camino sin precedentes en la historia de la tecnología: la construcción de máquinas moleculares. Particularmente Bernad Feringa desarrolló el primer motor molecular en 1999. El motor como puede observarse en la figura consiste en un bis-heliceno conectado por un doble enlace. Cuando se le hace incidir luz visible la energía recibida hace que la molécula superior pueda rotar (rotor) al girar debido a que el doble enlace pasa a simple, mientras la molécula inferior soporta el conjunto (estator). Su velocidad es de 2-3 millones de giros por segundo, el rotor se mueve en una sola dirección cuando se exponen a la luz visible, esto provoca un movimiento de perforación capaz de matar las células al destruir su superficie. Un verdadero taladro molecular eficaz contra las hongos, bacterias (incluso las resistentes a los antibióticos) y las células cancerosas. 
En un artículo publicado el 30 de enero del 2023 en la revista Advanced Science se utilizan estos taladros moleculares para matar hongos que causan el pie de atleta, una persistente infección  que contrae aproximadamente el 70% de las personas  en algún momento de su vida y que podría volverse mucho más fácil de eliminar gracias a los taladros a nanoescala activados por luz visible. Los investigadores unen a la base o estator moléculas para guiar al taladro a un sector específico de las células (figura siguiente), a las mitocondrias. Al apuntar a su destrucción las moléculas interrumpen el metabolismo, lo que resulta en un desequilibrio energético general que conduce a un flujo descontrolado de agua e iones como el calcio hacia la célula, lo que eventualmente las hace explotar.

Una nanomedicina totalmente novedosa sin las contraindicaciones de los fármacos químicos y con posibilidades ilimitadas para destruir en forma específica microorganismos y células malignas.  

Información complementaria:

sábado, 10 de septiembre de 2022

Yogur anticancerígeno con nanovarillas de selenio

La fortificación de alimentos se reconoce como una estrategia necesaria y autosuficiente para mejorar la calidad y cantidad de los nutrientes en los alimentos. Dado el alto número de consumo de productos lácteos, su fortificación con minerales como el selenio (Se) puede disminuir y/o evitar con éxito enfermedades relacionadas con las deficiencias nutricionales. Recientemente se demostró que las fortificaciones con Se pueden disminuir el riesgo de algunas enfermedades  cardiovasculares y de la tiroides. Además, el selenio desempeña un papel valioso en la prevención del cáncer debido a sus efectos sobre la reparación del ADN y los sistemas inmunitarios, incluidas sus propiedades antioxidantes y otros mecanismos asociados.
Crédito: El-Sayed, HS, El-Sayed, SM y Youssef, AM. Scientific Reports (Nature), 12 ,14751 (2022)  
En el  artículo Designated functional microcapsules loaded with green synthesis selenium nanorods and probiotics for enhancing stirred yogurt publicado en la revista  Scientific Reports (Nature) se presenta la preparación de microcápsulas cargadas con nanovarillas de selenio y probióticos para potenciar el contenido nutricional de los yogures batidos. La nanovarillas (nanorods) son nanobjetos con dos dimensiones dentro de la nanoescala (1 a 100 nm). Los investigadores sintetizaron los nanorods de Se a partir de la reducción del selenito de sodio (Na2SeO3) con  extracto de hoja de Aloe vera (síntesis verde). Luego los cargaron en microcápsulas junto a los probióticos (Bifidobacterium lactis y Lactobacillus rhamnosus) y les realizaron  las caracterizaciones necesarias. Los yogures batidos suplementados con las microcápsulas conteniendo nanocrovarillas de Se (diámetro entre 12-40 nm y longitud entre 130-230 nm) y los probióticos se investigaron durante 30 días para determinar sus propiedades químicas, sensoriales y microbiológicas. Las microcápsulas mostraron actividad antiproliferativa contra las líneas celulares Caco-2 (células inmortalizadas de adenocarcinoma colorrectal humano) y HepG-2 (línea celular inmortal de  carcinoma hepatocelular). Con determinada concentración de ambos constituyentes centrales mostraron una inhibición de 44.26 y 37.46% contra las líneas celulares Caco-2 y HepG-2, respectivamente (ver figura). Los nanorods de Se puro mostraron un alto poder antimicrobiano contra bacterias Gram positivas y Gram negativas. Además, el  yogur batido fortificado con las microcápsulas cubre los requerimientos diarios de selenio y mejora la microbiota humana debido al agregado de probióticos. El yogur batido propuesto obtuvo una puntuación más alta que el yogur de control durante el período de almacenamiento, sin diferencias significativas en cuerpo, textura, olor, color y apariencia.

Lectura complementaria:

sábado, 21 de mayo de 2022

Detección del cáncer de ovarios con nanosensores.

El cáncer de ovario mata a 200.000 mujeres cada año. Es la quinta causa principal de muerte por cáncer entre las mujeres, y es tan mortal, en parte, porque la enfermedad es difícil de detectar en sus primeras etapas. Los pacientes a menudo no experimentan síntomas hasta que el cáncer ha comenzado a propagarse y no existen pruebas de detección confiables para la detección temprana. Los biomarcadores séricos a menudo no son lo suficientemente sensibles para facilitar la detección del cáncer en las pruebas de diagnóstico.
Crédito: Universidad de Lehigh. Nature Biomedical Engineering 6, 267-275. 2022

En el cáncer de ovario, los pocos biomarcadores séricos establecidos son muy específicos, pero insuficientemente sensibles para detectar la enfermedad en etapa temprana y variar las tasas de mortalidad de los pacientes. En el artículo Detection of ovarian cancer via the spectral figerprinting of quantum-defect-modified carbon nanotubes in serum by machine learning (Nature Biomedical Engineering
un equipo de investigadores de distintas instituciones de los E.E.U.U. muestran como una “huella dactilar” de la enfermedad permite detectar el carcinoma de ovario en muestras de suero con una sensibilidad del 87 % y un 98 % de especificidad. La huella se adquiere a través del aprendizaje automático a partir de los espectros de las emisiones de fluorescencia del infrarrojo cercano de una serie de nanotubos de carbono funcionalizados con defectos cuánticos. Los nanotubos de carbono tienen propiedades electrónicas interesantes, si se les aplica luz monocromática, emiten radicación de un color de luz (longitud de onda) diferente. El color y la intensidad de esa luz pueden cambiar según lo que se adhiera al nanotubo. Para el citado estudio en particular la matriz consta de nanotubos de carbono de pared simple envueltos en distintas hebras de ADN constituyendo una gama de diferentes sensores capaces de detectar cosas ligeramente diferentes. El algoritmo de aprendizaje automático se entrenó utilizando los datos de la emisión de nanotubos de 269 muestras de suero lo que permitió la discriminación de pacientes con cáncer de ovario de aquellos con otras enfermedades y de individuos sanos. Una técnica aplicable no solo a la detección de una variedad de enfermedades,  también, por ejemplo, podría utilizarse en la identificación de contaminantes ambientales en el aire.

Información complementaria:

viernes, 25 de marzo de 2022

La tercera convergencia, un viaje hacia atrás en el tiempo.

Richard Feynman, Premio Nobel de Física por sus trabajos en la electrodinámica cuántica dice “un positrón es un electrón viajando hacia atrás en el tiempo” “es el mismo electrón viajando delante y atrás en el tiempo” (The theory of positrons-1949). 
En la actualidad podemos identificar dos grandes convergencias tecnológicas: las TICs (Tecnologías de la Información y Comunicación) situadas en el último cuarto del siglo XX y las NBICs (Nano, Bio, Info y Cognotecnología) al comienzo del siglo XXI. 
El presente artículo postula la tercera convergencia producto de un viaje hacia atrás en el tiempo para corregir “un error” en nuestro diseño original. 
El sol es la única fuente de energía que ha abastecido y abastece a las “fábricas de vida”, las células. Los vegetales aprovechan directamente esa energía mediante su acopio o empaquetamiento foto-sintético. En todas las células de los individuos del reino animal la incorporación de energía se hace a través de la ingesta de vegetales (herbívoros) y de animales (carnívoros) quienes a su vez comen animales alimentados con vegetales. Un ciclo de aprovechamiento energético en el cual intervienen miles de procesos y reacciones bioquímicas factibles de múltiples fallas conducentes en última instancia a la muerte. Los seres humanos podrían haber tomado en forma más simple la energía necesaria o haber evolucionado con los milenios para captar directamente la luz solar, pero esto no ocurrió, tal vez por “un error” de la naturaleza. Richard Dawkins en su ensayo “El gen egoísta” (The Selfish Gene), dice otra cosa, señala al gen como la unidad evolutiva fundamental. Los seres vivos son, pues, meras máquinas de supervivencia para los genes. En tal sentido son utilizados para perpetuarse en el tiempo dejando el hombre su lugar central en el universo para convertirse en un soporte descartable de la herencia genética. Expresado así, el concepto de descartable o mortal implica un mecanismo exprofeso (no error) para regular su existencia al tiempo mínimo necesario.
En el artículo “Los genes nos impiden desentrañar el origen de la vida y del universo” (18/10/2019) decíamos “La rebeldía del hombre se comienza a vislumbrar a partir de 1973 con las primeras experiencias de ADN recombinante, el nacimiento de la ingeniería genética y las técnicas nano y biotecnológicas en general. A partir de las experiencias de ADN recombinante, del silenciamiento de genes con la técnica de ARN de interferencia (ARNi) y la nueva edición genética “in vivo” con el sistema CRIPR-Cas 9, el hombre comienza a tomar el control de la situación para remediar ciertos problemas genéticos e intentar extender su vida de algún modo”. Se espera a partir de la segunda mitad del siglo XXI, que los avances liderados por la nanotecnología nos permitan pasar del hombre celular mortal al hombre robotizado inmortal a través de un software-mente introducido en un cerebro artificial lleno de nanochips neuromórficos y memristores. Un robot sin requerimiento de agua, alimentos, oxígeno, células, ni genes. 
Un Homo nanus independizado de lo biológico. Entonces es cuando ha de surgir la tercera y última convergencia tecnológica: las NICs (Nano, Info y Cognotecnologías) un viaje hacia atrás en el tiempo para subsanar el “error biológico” de la mortalidad y tal como decíamos en “La guerra invisible el hombre vs los genes” (31/08/2017) pueda primar definitivamente el hombre robotizado inmortal sobre el reinado de las líneas genéticas y el hombre celular mortal.
Alberto L. D'Andrea
Lecturas complementarias:

Bibliografía:
Richard Dawkings. El gen egoísta. Oxford University Press. Inglaterra.1976
Richard Feynman. The theory of positrons. Physical Review. Vol 76, Número 6. 1949
Umberto I. Gallasso. Célula, Simbiosis y Cáncer. Buenos Aires. 1982.

sábado, 12 de marzo de 2022

Terapia de tumores profundos con nanopartículas

En el artículo A scintillating nanoplatform with upconversion function for the synergy of radiation and photodynamic therapies for deep tumors publicado por investigadores del Instituto Van 't Hoff de la Universidad de Amsterdam se explica el diseño y síntesis nuevas nanopartículas (NPs) de múltiples capas que permiten una combinación de radioterapia y terapia fotodinámica para destruir el tejido canceroso profundo. La terapia fotodinámica (TFD) es un tratamiento clínico de ciertos tipos de cáncer, en comparación con la radioterapia tradicional (RT) la TFD tiene las ventajas de no ser invasiva y causar menos daño/dolor. La técnica implica la administración de fotosensibilizadores (PS) seguido de fotoactivación; la eficacia del tratamiento depende en gran medida del sitio de la lesión debido al límite de penetración de la luz de excitación, generalmente ultravioleta (UV) o visible (Vis).
Crédito: Hong Zhang y col. Journal of Materials Chemistry C. 2 (2022) 
Por lo expuesto la aplicación clínica de la TFD se ha restringido principalmente a lesiones superficiales como el cáncer de piel. Recientemente, ha surgido una nueva modalidad, utiliza rayos X en lugar de UV/Vis como fuente de energía para iniciar la PDT, es adecuada para tratar el cáncer profundo por su capacidad de penetración "ilimitada" en el tejido. Utilizando rayos X como fuente de energía, es posible combinar los efectos terapéuticos de la TFD y la RT (radioterapia), logrando un resultado de “uno más uno mayor a dos”. No obstante, esta estrategia de sinergia aún no está definida como una modalidad clínica debido a ciertas limitaciones. En primer lugar la estructura y composición de los nanomateriales debe tener la capacidad de convertir eficazmente la energía de rayos X en las fracciones de UV/Vis necesarias para los agentes fotosensibles. En segundo lugar, se debe definir con precisión las ubicaciones de las células cancerígenas requisito previo para controlar la duración y la dosis de la exposición a los rayos X. Por lo tanto, se estudió la incorporación de una función de imagen óptica en tiempo real en el portador nanotecnológico. La novedad de la investigación radica en que las NPs diseñadas y sintetizadas permiten combinar radioterapia y terapia fotodinámica utilizando únicamente rayos X facilitando también la obtención de imágenes del tejido profundo, permitiendo una orientación guiada de la terapia combinada. La nanopartícula consta de un núcleo rodeado por dos capas externas. La más externa es capaz de centellear, un proceso que convierte los rayos X en radiación UV o VIS y, por lo tanto, permite la terapia fotodinámica en cualquier lugar accesible por radioterapia. La segunda capa es una capa amortiguadora que aísla energéticamente la capa centelleante del núcleo de las nanopartículas. El núcleo diseñado tiene capacidad de aumentar la luminiscencia para tener la posibilidad de guiar la terapia por imágenes. Iluminando con luz infrarroja cercana (NIR), las partículas de 10 nm se e observan de un color rojo fuerte revelando su ubicación en la cercanía del tumor. El núcleo sigue emitiendo luz roja durante la radioterapia con rayos X, aunque a menor intensidad y la luz roja emitida no interfiere con la terapia fotodinámica. Los investigadores estudiaron el rendimiento de las nanopartículas en estudios de tratamiento del cáncer con cultivos celulares (in vitro) y ratones (in vivo) comprobando la seguridad y el potencial del tratamiento propuesto. Una nanoterapia colaborativa eficaz para aumentar la eficacia terapéutica en las destrucción de los tumores profundos

Lectura complementaria:

sábado, 11 de diciembre de 2021

Administración de fármacos con nanocristales MOF*Ab

Las estructuras metal-orgánica (MOF/Metal–organic frameworks) son una clase de compuestos que consisten en iones o grupos metálicos coordinados con ligandos orgánicos para formar estructuras unidimensionales, bidimensionales o tridimensionales. Investigadores australianos, en el artículo Self-Assembly of Oriented Antibody-Decorated Metal-Organic Framework Nanocrystals for Active Targeting Applications, publicado en la revista Advanced Materials, presentan estructuras MOF de Zn-imidazol capaces de unirse a anticuerpos (Ab) y luego estos a potentes fármacos y/o agentes de imágenes (puntos cuánticos) para buscar células enfermas con mayor precisión disminuyendo los efectos adversos en el paciente. 

Crédito: Francesco Carraro y Paolo Falcaro.  Universidad Tecnológica de Graz. Austria.

Es el primer sistema de administración de anticuerpos y fármacos de estructura metal-orgánica con potencial de acelerar-rastrear nuevas y potentes terapias para el cáncer, enfermedades cardiovasculares y autoimunes. La novedosa síntesis de nanocristales MOF monoclonales orientados y “decorados” con anticuerpos (Ab) se realiza en un solo paso. La cristalización  ocurre a partir de una solución de Zn2+ y 2-metilimidazol y el MOF es activado por la región cristalizable del fragmento (Fc) del Ab. El crecimiento selectivo produce biocompuestos con Abs orientados en los nanocristales MOF*Ab: las regiones Fc se insertan parcialmente dentro de la superficie del MOF y las regiones de unión al anticuerpo sobresalen de ella hacia el objetivo. La configuración ordenada imparte propiedades de reconocimiento de antígeno-anticuerpo al biocompuesto. También se probó su rendimiento como biosensor cargando MOF*Ab con puntos cuánticos luminiscentes. Se sabe que solo el 0.01 por ciento de la quimioterapia actualmente llega al tejido canceroso; el nuevo método puede aumentar la cantidad de droga que impacta en su objetivo disminuyendo los efectos secundarios y los costos del tratamiento. Con más de 80 anticuerpos monoclonales diferentes aprobados para uso clínico, el presente enfoque tiene un enorme potencial de mejorar su administración y eficiencia controlando el direccionamiento con precisión. .

Lectura complementariaSelf-Assembly of Oriented Antibody-Decorated Metal-Organic Framework Nanocrystals for Active Targeting Applications

viernes, 25 de septiembre de 2020

Nanopartículas elásticas de ARN y cáncer.

En el artículo RNA Nanoparticles as Rubber for Compelling Vessel Extravasation to Enhance Tumor Targeting and for Fast Renal Excretion to Reduce Toxicity, publicado en la revista ACS Nano (septiembre 2020),  investigadores del  Center for RNA Nanobiotechnology and Nanomedicine de la Universidad Estatal de Ohio demostraron que las nanopartículas (NPs) del ARN con propiedades elásticas de consistencia similar al caucho permiten a las moléculas estirarse y volver a su forma normal de modo de orientarse con eficiencia a los tumores y facilitar su rápida eliminación del organismo. La comprensión de la estructura y comportamiento es esencial debido a su potencial utilización en el delivery certero de drogas.  
Crédito: Peixuan Guo y col. Center of RNA Nanobiotechnology and Nanomedicine. ACS Nano 2020
La consistencia de las nanoparticulas de ARN les permite deslizarse a través de los filtros del riñón para ser excretadas por la orina media hora después de la inyección sistémica. Esto, a su vez, reduce la retención del agente anticáncer en órganos vitales, bajando su toxicidad. Algunas de las conclusiones del artículo son: a) Las NPs del ARN son estirables y encogibles, como el caucho. b)   En los modelos animales, las NPs del ARN disminuyen notablemente su acumulación en órganos sanos cuando se las compara con las NPs de oro y de hierro de similar la tamaño.  c)   A la  de media hora después de la inyección sistémica, las NPs del ARN de 5, 10 y 20 nanómetros de tamaño fueron filtradas por los riñones conservando su estructura original en orina, aunque el límite superior del poro del riñón para la filtración es generalmente 5,5 nanómetros. Esto sugiere que los NPs más grandes del ARN se deslizan como una ameba a través de poros de la filtración volviendo a su tamaño y forma original en la orina. Las conclusiones permiten inferir la cusas por las cuales las nanopartículas del ARN constituyen una gran promesa para usos industriales y biomédicos, especialmente como sondas portadoras para el lanzamiento dirigido de drogas anticáncer.  
Información complementaria:                                                                                                     RNA Nanoparticles as Rubber for Compelling Vessel Extravasation ...

sábado, 23 de mayo de 2020

Bionanobots vigilan las células vivas en tiempo real.

En el artículo, “Magnetic core–shell nanowires as MRI contrast agents for cell tracking” públicado por un equipo de investigadores de España y Arabia Saudita en la revista  Journal of Nanobiotechnology, se detalla como  bionanobots de células vivas-nanocables se pueden ubicar dentro del cuerpo para  ser rastreados de manera no invasiva en tiempo real durante muchos días. 
Crédito: Kaust University.
La técnica utiliza nanocables de hierro con núcleo magnético como agentes de contraste no tóxicos implantables en las células vivas, iluminando la ubicación de estas  dentro de un organismo vivo cuando se escanea por resonancia magnética magnética. 
Los nanocables con caparazón de óxido de hierro, puede usarse para imágenes médicas no invasivas y potencialmente como agentes teranósticos (terapia y diagnóstico con la misma molécula), capaces de identificar, rastrear y luego extraer células objetivo. El desarrollo podría tener aplicaciones que van desde el estudio y el tratamiento del cáncer hasta el seguimiento de tratamientos médicos de células vivas, como las terapias con células madre.  Uno de sus aspectos clave del seguimiento es la sensibilidad para detectar una pequeña cantidad de células después de la implantación, por lo que la fuerte magnetización y biocompatibilidad de los nanocables son características ventajosas para su seguimiento por resonancia magnética. Estos se desempeñaron bien como agentes de contraste de la resonancia incluso a concentraciones muy bajas y la respuesta magnética puede ajustarse alterando el grosor de la carcasa. Su  biocompatibilidad permitió el seguimiento a largo plazo de las células vivas, interactuando con ellas sin comprometer la supervivencia, funcionalidad o capacidad de proliferar. 
Crédito: Jürgen Kosel y col. Journal of Nanobiotechnology.
Las células marcadas pueden rastrearse en cultivos celulares o una vez inyectadas en un animal vivo. La fuerte magnetización de los nanocables permitió la detección de aproximadamente 10 células marcadas dentro del cerebro de un ratón durante un período de al menos 40 días, lográndose rastrear la ubicación y destino exactos en el animal. Los bionanobots de células vivas-nanocables tienen varias características adicionales, incluida la capacidad de controlarlos magnéticamente para guiarlos a un lugar en particular, transportar drogas o ser calentados con un láser. La combinación de todo esto con la capacidad de seguimiento crea una plataforma teranóstica que puede abrir la puerta a nuevos enfoques prometedores en nanomedicina.

Lectura complementaria:

sábado, 8 de febrero de 2020

Al fin le vemos la cara al cáncer II.

El 6 de septiembre del 2013 publicábamos en Biotecnología & Nanotecnología al Instante el artículo “Al fin le vemos la cara al cáncer” en el cual decíamos: “En un trabajo realizado por equipos de investigación de 14 países, dirigidos por el International Cancer Genome Consortium y coordinado por Michael Stratton, del Sanger Institute (Cambidge, Reino Unido), 1500 científicos trabajaron durante tres años para secuenciar el genoma de 7042 enfermos de cáncer. El resultado fue un mapa terminado de las mutaciones genéticas causantes de los 30 tipos de cáncer más frecuentes. Detectaron 4.038.362 mutaciones responsables”.
Siete años después, el 5 de febrero del 2020, se publican en la revista Nature (578, páginas 82-93) seis artículos (open access) bajo el título general de Cancer Catalogued. En ellos se destacan cifras del consorcio  Pan-Cancer Analysis of Whole Genomes Project (PCAWG) en la cual se señala que más de 1.200 investigadores de 70 centros en 37 países distintos han analizado más de 2.600 genomas de 38 tipos de tumores primarios para investigar las causas, métodos de prevención, diagnósticos y tratamientos del cáncer. Los expertos han podido identificar al menos una mutación causal en el 95% de los pacientes, lo que puede ayudar al desarrollo de nuevos medicamentos. Los estudios precedentes se centraron en el 1% del genoma, mientras que el Proyecto Pan-Cancer exploró con mucho más detalle el 99% restante, incluyendo regiones clave que controlan la activación y desactivación de los genes. Algo sorprendente es lo diferente que resulta el genoma del cáncer de una persona comparado con el de otra. Miles de combinaciones diferentes de mutaciones causan cáncer; más de 80 procesos subyacentes distintos generan esas mutaciones, como envejecimiento, causas hereditarias o estilo de vida. Se han podido identificar al menos una mutación causal en el 95 % de los pacientes y para muchos tumores entre 5 y 10. Además, se ha conseguido establecer la secuencia de eventos durante el desarrollo de un cáncer y muchos de los tipos de tumores estudiados muestran que los primeros eventos clave ocurren décadas antes del diagnóstico, a veces incluso en la niñez. Esto requerirá de marcos para acceder y analizar los genomas de pacientes como parte de su atención clínica rutinaria. Por lo expuesto es que también en el año 2013 realizamos el Primer Simposio de Secuenciación Masiva del Genoma (13/07-UADE), considerando que se había alcanzado un punto de inflexión en la historia del diagnóstico y tratamiento del cáncer. Decíamos en nuestro primer artículo “ahora el cáncer ya no es un enemigo anónimo, ahora vamos por el camino correcto”.

Lectura Complementaria:

sábado, 10 de agosto de 2019

Novedosa nanovacuna para el melanoma.

En el artículo Immunization with mannosylated nanovaccines and inhibition of the immune-suppressing microenvironment sensitizes melanoma to immune checkpoint modulators publicado el 5 de agosto en la revista Nature Nanotechnology, investigadores de la Universidad de Tel Aviv presentan el desarrollo una nueva nanovacuna para el melanoma, el tipo más agresivo de cáncer de piel. Lbase de la nueva vacunael está centrada en la utilización de nanopartículas . En el  trabajo demuestran, por primera vez, la posibilidad de producir una nanovacuna eficaz contra el melanoma y sensibilizar el sistema inmunitario a las inmunoterapias.
Crédito: Jung, Ronit Satchi-Fainaro, Helena F. Florindo y col. Tel Aviv University. Nature Nanotechnology
Las pequeñas partículas están hechas de un polímero biodegradable (manosilados). Dentro de cada partícula, "empacaron" dos péptidos: cadenas cortas de aminoácidos, expresados en las células de melanoma. Luego inyectaron la nanovacuna en un modelo de ratón con el cáncer. Los investigadores examinaron la efectividad de la vacuna en tres condiciones diferentes. Primero, la vacuna demostró tener efectos profilácticos evitando el melanoma en los ratones, previniendo la enfermedad. En segundo lugar, se usó para tratar un tumor primario: se probó una combinación de la vacuna innovadora y los tratamientos de inmunoterapia en ratones. El tratamiento sinérgico retrasó significativamente la progresión de la enfermedad y extendió enormemente la vida de todos los ratones tratados. Finalmente, los investigadores validaron su enfoque en tejidos tomados de pacientes con metástasis cerebrales de melanoma. Esto sugirió que la nanovacuna también puede usarse para tratar tales metástasis. Las nanopartículas estimularon el sistema inmune de los ratones, y las células inmunes aprendieron a identificar y atacar las células que contienen los dos péptidos, es decir, las células de melanoma. Esto significa que, de ahora en adelante, el sistema inmunitario de los ratones inmunizados atacará células de melanoma cuando aparecen en el cuerpo. La
investigación abre la puerta a un enfoque completamente nuevo para el tratamiento efectivo del melanoma y para el desarrollo de otras nanovacunas contra el cáncer.

Información complementaria:

sábado, 5 de enero de 2019

Ensayo clínico en cáncer de próstata con nanopartículas.

En el Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad de Texas (UTHealth) se inició el primer ensayo clínico con nanopartículas de oro para eliminar el cáncer de próstata. Las nanopartículas (nanocáscaras-nanoshells) están hechas de pequeñas capas de vidrio de sílice formando en una esfera y envueltas en una fina capa de oro. Las nanoshells buscan y saturan las células cancerosas y por efecto de resonancia plasmódica localizada, al hacer incidir un láser de longitud de onda específica, las partículas producen temperaturas extremas destruyendo el cáncer mientras preserva los nervios, el esfínter urinario y el tejido sano en general. El procedimiento es lo suficientemente preciso para evitar la incontinencia urinaria o la impotencia sexual. Las nanopartículas utilizadas fueron inventadas por Naomi Halas, Directora del Laboratorio de Nanofotónica de Rice University.  La empresa Nanospectra Biosciences, provee la tecnología, incluyendo las nanoshells (AuroShell), a  la Escuela de Medicina Icahn en Mount Sinai y la Universidad de Michigan, instituciones en las cuales también se está probando la eficacia de la terapia. 
Crédito: Nanospectra Biosciences
En el ensayo clínico, la población de pacientes está formada por hombres con cáncer de próstata localizado de riesgo bajo a intermedio.  El grupo de hasta 45 pacientes recibe una sola infusión intravenosa de partículas de AuroShell 12 a 36 horas antes de la irradiación con un láser aprobado por la FDA y una fibra óptica intersticial. La eficacia de la terapia se evalúa mediante imágenes de resonancia magnética (MRI) con contraste 48 - 96 horas después de la iluminación con el láser para dar tiempo a la aparición de necrosis coagulativa. La eficacia de la ablación focal del tejido de la próstata se evaluará mediante biopsia guiada por MRI / ultrasonido a los 3 meses (punto final primario) y nuevamente a un año después del tratamiento. 
Frank Billingsley recibió una infusión de nanopartículas el 27 de noviembre y se sometió a un procedimiento de ablación con láser el 28 de noviembre del año 2018 como parte de los ensayos clínicos. En una resonancia magnética efectuada a la semana posterior no mostró signos de cáncer. Los organizadores del ensayo dicen que es demasiado pronto para tomarlo como un resultado definitivo por lo que se lo someterá a pruebas durante todo el año 2019. 
Todo un avance, toda una esperanza.


Lectura complementaria:
ClinicalTrials.gov Identificador: NCT02680535

viernes, 24 de agosto de 2018

Nanoanticuerpos de polímeros impresos eliminan las células cancerosas.

Un equipo de investigación conjunto de Rusia y el Reino Unido ha demostrado la posibilidad de desarrollar un nuevo tipo de fármacos antineoplásicos basados ​​en anticuerpos de polímeros moleculares impresos a escala nanométrica (nanoMIPs). Estos constituyen polímeros sintéticos que pueden funcionar como anticuerpos uniéndose selectivamente a proteínas diana en la superficie de las células cancerosas.  El artículo relacionado “Specific Drug Delivery to Cancer Cells with Double-Imprinted Nanoparticles against Epidermal Growth Factor Receptor” se ha publicado en la revista Nano Letters
Crédito: Nano Letters.
Los NanoMIPs son una alternativa de los polímeros sintéticos a los anticuerpos; cuentan con una estructura 3-D que les permite unirse solo a un cierto fragmento específico (aminoácidos) de una proteína diana. Esto asegura su especificidad. A diferencia de los anticuerpos, también pueden transportar agentes adicionales contra el cáncer.  Se los sintetiza en presencia de una proteína diana que deja una marca en la nanopartícula. Este proceso se denomina impresión y es compararble con el moldeado: el producto final adopta la forma de la plantilla original. A través de este proceso, los nanoMIPs adquieren la capacidad de reconocer selectivamente la molécula objetivo y unirse a ella. El equipo trabajó con nanopartículas obtenidas utilizando un enfoque de doble impresión contra dos moléculas: un fármaco citotóxico llamado doxorrubicina y un epitope lineal de EGFR (factor de crecimiento epidérmico) [Un epítope es la parte de una molécula diana que es reconocida por el anticuerpo que se une a ella]. Por lo tanto, el producto final se une al EGFR y administra productos terapéuticos a las células cancerosas.
Los experimentos exitosos realizados in vitro  sugieren que los nanoMIPs son vehículos prometedores para la administración de fármacos dirigidos a eliminan eficazmente las células cancerosas.

Información complementaria:
Specific Drug Delivery to Cancer Cells with Double-Imprinted Nanoparticles against Epidermal Growth Factor Receptor.

sábado, 4 de agosto de 2018

Emisión de biofotones & nanotecnología.

La emisión de biofotones (BPE) es un acontecimiento cuántico caracterizado por una emisión relativamente estable pero ultradébil de fotones por organismos vivos. Los biofotones han sido denominados “la luz de las células”. Son emitidos por los organismos vivos para comunicarse entre sí. El Dr. Fritz-Albert Popp demostró que los biofotones son portadores de información y mensajes capaces de modificar la actividad de la materia. Organismos vivos, incluidas las células, se comunican a través de campos electromagnéticos, emitiendo fotones que son captados por el resto.
Imagen de los biofotones emitidos por la mano derecha.
La región brillante del dedo es producto del efecto del tabaquismo.
Crédito: Spectroscopy of biophotons radiated from a fingertip. Atlas of Science
De esta manera, gracias a la comunicación celular, se activan las órdenes para formar los órganos. También se descubrió que los biofotones son portadores de información con capacidad de transmitirse a distancia entre dos o más células. Su emisión se ha asociado con procesos biológicos de alta energía tales como el metabolismo de las células,  el crecimiento, la actividad neuronal, la fagocitosis, el cáncer y el estrés oxidativo. Se ha sugerido que la emisión de biofotones puede reflejar el estado global de la salud del organismo. Si los cambios en la emisión de biofotones ocurrieran como resultado de intervenciones, su análisis podría resultar útil para el monitoreo de la respuesta del paciente a un tratamiento específico y cambios globales en su estado de salud. El desarrollo de las nuevas tecnologías de conteo de fotones a principios la década de los años 60 ha proporcionado las herramientas para demostrar la existencia ubicua de una luminiscencia de bajo nivel en todos los organismos vivos. La investigación inicial se llevo  a cabo en la URSS en la década de los 70, pero la existencia de esta emisión fotónica por organismos vivos fue confirmada por equipos de investigación de Australia, Polonia, Japón y EEUU. Las emisiones son del orden de 104 fotones/cm2 por segundo y se han observado en bacterias, levaduras, animales enteros y plantas, así como en cultivos celulares y homogenatos de tejidos. También se nota una diferencia de emisión significativa entre las células normales y las tumorales y un aumento importante de la emisión en el momento de la muerte celular.
En el artículo “Enhancement of biophoton emission of prostate cáncer cells by Ag nanoparticles” se demuestra que el efecto de agregar nanopartículas de plata en el tejido humano, aumenta considerablemente la emisión de biofotones, tal vez como consecuencia de un efecto de resonancia plasmónica superficial localizada. Además en el artículo “New Generation Cadmium-Free Quantum Dots for Biophotonics and Nanomedicine” se utilizan puntos cuánticos en la obtención de un rendimiento más elevado para su utilización en aplicaciones biofotónicas. Las nanopartículas tales como los plasmones y los puntos cuánticos permiten potenciar la emisión ultradébil de fotones por organismos vivos para su utilización en nanomedicina.

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.

Lectura complementaria:

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, 10 de marzo de 2018

Nanosingularidad tecnológica, robots de ADN y cáncer.

El origami de ADN es el plegamiento del ADN para crear objetos tridimensionales en la nanoescala (1-100 nm). El método actual de origami de ADN fue publicado por Paul Rothemund en el año 2006 (Folding DNA to create nanoscale shapes and patterns), en la revista Nature.
Ido Bachelet, de la Universidad Bar-Ilan, presentó en el año 2015 un método para producir nanorrobots (nanobots) de ADN innovadores con capacidad para llegar a lugares específicos del cuerpo y llevar a cabo operaciones programadas. En este caso, la programación, implica la detección de células cancerosas y el suministro de un tratamiento específico directamente contra éstas sin afectar las sanas.
En el reciente artículo “A DNA nanorobot functions as a cancer therapeutic in response to a molecular trigger in vivo”, 19 investigadores de China y EEUU, presentan nanobots de ADN programables e inteligentes que buscan y destruyen tumores mediante la limitación del suministro sanguíneo induciendo la coagulación de la sangre (trombina) para lograr la muerte del tejido y por ende la destrucción del tumor. Los nanobots de ADN y otros, se presentan como una de las promesas más concretas para combatir el cáncer. 
Crédito: artículo de la lectura complementaria.
Se suele aceptar que cuando la inteligencia artificial exceda la inteligencia total de la raza humana, habremos alcanzado una singularidad tecnológica, momento en el cual los robots se podrán autorreplicar mejorando cada vez sus características. La aparición de los nanobots autorreplicantes permiten pensar en una nueva forma de singularidad: la nanosingularidad tecnológica centrada en los nanobots. Su aparición califica como una segunda singularidad tecnológica porque representa el desarrollo de las primeras formas de vida artificiales, con una inteligencia rudimentaria para llevar a cabo funciones programadas, junto con la capacidad de reproducirse. Tal vez se pueda pensar en ellos como el equivalente tecnológico de las bacterias y los virus (Louis A. Belmonte). 
Cabe destacar nuevamente su potencial para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades como el cáncer a nivel celular.Se estima que el crecimiento exponencial de los nanobots ocurrirá entre los años 2020 y 2030. Ahora en el futuro (2030-2040) podremos esperar además de la singularidad tecnológica una nanosingularidad tecnológica centrada en nanobots inteligentes capaces de autorreplicarse. 
¿Puedes inferir cuál llegará primero?  

Lectura complenentaria:

sábado, 10 de febrero de 2018

Nanomotores ultrasónicos llegan a genes cancerígenos.

El complejo sgRNA-Cas9 es una herramienta efectiva de edición genómica, pero su administración a través de la membrana celular al genoma tumoral todavía no se ha resuelto satisfactoriamente. Científicos estadounidenses y daneses han desarrollado un nanomotor activo para el transporte, la entrega y la liberación eficiente de este sistema. Como detallan en la revista Angewandte Chemie  (9 de febrero 2018), los autores del estudio proponen nanocables de oro propulsados ​​por ultrasonido como un vehículo de transporte y liberación activa del complejo.
Crédito Wiley
Los nanocables de oro pueden atravesar pasivamente una membrana, pero gracias a su forma asimétrica de varilla o cable, el movimiento activo puede lograrse mediante  la utilización de ultrasonido. La forma asimétrica del motor de nanocables de oro, dada por el proceso de fabricación, es esencial para la propulsión acústica.  El nanovehículo une el complejo al nanocable de oro a través de puentes de sulfuro. Estos enlaces reducibles tienen la ventaja de que dentro de la célula tumoral se rompen. El sgRNA-Cas9 sería lanzado y enviado al núcleo para hacer su trabajo de edición, por ejemplo, el knockout de un gen. El sistema se probó controlando la supresión de la fluorescencia emitida por la proteína fluorescente verde que expresa las células B16F10 del melanoma. Se aplicó ultrasonido durante cinco minutos, lo que aceleró el nanomotor portador del complejo sgRNA-Cas9 a través de la membrana, acelerándolo incluso dentro de la célula. Así observaron como se suprimía eficazmente la fluorescencia con pequeñas concentraciones del complejo. La efectividad del nanomotor acústico como transportador activo, la pequeña carga útil necesaria para la inactivación génica eficiente y la simplicidad del sistema constituyen toda una promesa para futuras aplicaciones terapéuticas. 

Lectura complementaria:

sábado, 27 de mayo de 2017

Inmunoterapia del cáncer con nanovacunas.

Investigadores del UT Southwestern Medical Center desarrollaron, por primera vez,  vacunas de nanopartículas para producir inmunoterapia al ser dirigidas a diferentes tipos de cáncer. Consiste en antígenos tumorales (proteínas tumorales que pueden ser reconocidas por el sistema inmune) dentro de una nanopartícula de polímero sintético. Las nanovacunas contienen partículas minúsculas capaces de estimular el sistema inmune para originar la respuesta inmune. El objetivo es ayudar a los cuerpos de las personas a combatir el cáncer. Las nanopartículas se realizaron con un  polímero especial para entregar con precisión los antígenos tumorales a las células inmunes produciendo, en forma segura y robusta, células T específicas del tumor con capacidad de matar las células cancerosas. El estudio se publicó en la revista Nature Nanotechnology.

La luz del láser puede ser vista gracias a las nanopartículas
 dispersas en la solución de la nanovacuna. 
Las vacunas clásicas requieren células inmunes para recoger antígenos tumorales en un “sistema de depósito” y luego viajar a los órganos linfoides activando las células T, En cambio, las vacunas de nanopartículas, pueden viajar directamente a los ganglios linfáticos del cuerpo para activar respuestas inmunes específicas del tumor. En este caso, la nanovaccine UTSW experimental funciona mediante la activación de una proteína adaptadora llamada STING, la cual a su vez estimula el sistema de defensa inmunológico del cuerpo para prevenir el cáncer. Los científicos examinaron una variedad de modelos de tumores en ratones: melanoma, cáncer colorrectal, y cánceres relacionados con el VPH de las regiones del cuello uterino y anogenitales. En la mayoría de los casos, la nanovacuna ralentizó el crecimiento del tumor y extendió la vida de los animales. El Dr. Jinming Gao dice “el campo de las vacunas de nanopartículas ha crecido y despertó un gran interés del mundo académico y la industria en la última década. El Dr Zhijian Chem agrega: “Los recientes avances en la comprensión de la inmunidad innata y adaptativa también han dado lugar a más colaboraciones entre inmunólogos y nanotecnólogos; estas asociaciones son fundamentales para impulsar el rápido desarrollo de nuevas generaciones de nanovacunas.” El equipo de investigación está trabajando ahora con los médicos de la UT Southwestern para comenzar los ensayos clínicos de la nanovacuna en múltiples tipos de cáncer.

Lectura complementaria:

sábado, 29 de abril de 2017

"Nanomedicina para terminar con el cáncer".

En el año 2016, el ex presidente de los EEUU, Barack Obama, durante el último discurso de su presidencia ante el Congreso anunció una "nueva campaña nacional" para acabar con el cáncer, mediante el aumento de los recursos públicos y privados para luchar contra la enfermedad el doble de rápido que hasta ahora.
"Por los seres queridos a los que hemos perdido, por la familia a la que todavía podemos salvar, hagamos que Estados Unidos sea el país capaz de curar el cáncer de una vez por todas", afirmó Obama.
La iniciativa consiste en aumentar los recursos, tanto privados como públicos, para luchar contra el cáncer, y en romper las barreras entre los centros de investigación sobre la enfermedad para que se alcancen niveles sin precedentes de cooperación.
El objetivo de esta iniciativa es simple: duplicar el ritmo de avance para hacer en cinco años que se podría lograr en una década.
"Este es nuestro lanzamiento a la Luna. Sé que podemos ayudar a solidificar un compromiso global genuino para acabar con el cáncer tal y como lo conocemos hoy, e inspirar a una nueva generación de científicos para que busquen nuevos descubrimientos", concluyó el vicepresidente.
Surgen dos preguntas:
¿Existe alguna otra causa que exija tal premura?
¿Cómo hacerlo tan rápido?  
Las respuestas las da la NASA en el siguiente vídeo (imperdible):


sábado, 19 de noviembre de 2016

La nanotecnología se apresta a eliminar el cáncer.

En la actualidad, cuando  un paciente desarrolla un tumor agresivo, el cirujano lo opera para extirpar el tumor, pero sigue habiendo algunas células cancerosas escondidas en el cuerpo. Para eliminarlas se le administra quimioterapia debilitando tanto las células del paciente como las cancerígenas. Pero el cáncer normalmente no muere totalmente, vuelve y finalmente mata al paciente luego de hacerle soportar meses de los brutales efectos secundarios de la quimioterapia: pérdida del cabello, náuseas y debilidad extrema. La nanotecnología se prepara para tratar la enfermedad centrando su curación a nivel genético (existen más de 4000 enfermedades originadas en componentes genéticos). Imaginemos ahora que luego de la cirugía se inyecte en la zona afectada namoparticulas de oro acopladas a hebras de ADN capaces de ingresar a las células tumorales destruyéndolas directamente sin tocar a las vecinas sanas. El  ADN por su forma normalmente no sería capaz de entrar en las células las cuales además han desarrollado protección contra el ingreso de segmentos de ADN extraño. Sin embargo, mediante el uso de la nanotecnología, muchos pequeños fragmentos de ADN se pueden unir a nanopartículas evitando el bloqueo y facilitando la incorporación de material genético al núcleo. Desde nanopartículas hasta nanorobots pueden ingresar  material dentro del núcleo de la célula para destruirla o para “editar el genoma” según la revolucionaria tecnica de ingeniería genética CRISPR-Cas9 presentada en el artículo “A programmable dual-RNA-guided DNA endonuclease in adaptive bacterial immunity”, publicado en la revista Science el 17 de agosto del 2012 por un equipo de investigadores dirigidos  por Jennifer Anne Doudna y Emmanuelle Charpentier. El 15 de noviembre una noticia publicada en la revista Nature “CRISPR gene-editing tested in a person for the first time”  nos informa que un grupo de investigadores chinos se convirtió en el primero en inyectar una persona con las células que contienen genes editados utilizando la técnica de CRISPR-Cas9. El 28 de octubre, un equipo de investigación, dirigido por el oncólogo Lu You en la Universidad de Sichuan en Chengdu, introduce células modificadas con el genoma editado en un paciente con cáncer agresivo de pulmón como parte de un ensayo clínico autorizado por el comité de ética del Hospital de Clínicas de la Universidad. El hecho constituye sólo el inicio de un crecimiento exponencial. Estados Unidos se apresta a comenzar en el 2017 sus pruebas clínicas con el sistema CRISPR y un grupo de la Universidad de Pekín espera iniciar el mismo año los ensayos clínicos con el sistema CRISPR-Cas9 en casos de cáncer de la vejiga, de próstata y renal.
Nanodelivery de drogas + nanorobots de diagnóstico y terapia + biopsias líquidas + edición de genomas +  regeneración de tejidos = nanomedicina.

Lectura complemantaria: