Filtros activos antivirales con nanotubos de carbono

Investigadores de la University of Cambridge han desarrollado un nuevo nanomaterial para filtrar el aire a base de nanotubos de carbono (CNT) capaz de capturar y destruir varios virus, incluido el coronavirus animal. El prototipo, desarrollado y probado por un equipo multidisciplinario se presenta en el artículo Filtration of viral aerosols via a hybrid carbon nanotube active filter publicado en la revista Carbon. La exposición a partículas y gotitas que transportan virus infecciosos es una vía de transmisión primaria de las enfermedades respiratorias.

Crédito: Liron Issman / Dr. Brian Graves. Carbon 183,15

Su eliminación a través de la filtración puede reducir drásticamente la exposición a los virus, pero los virus pueden permanecer activos en las superficies del filtro con posibles riesgos de resuspensión. El dispositivo propuesto se ha realizado utilizando membranas eléctricamente conductoras de nanotubos de carbono ultrafinas, soportadas mecánicamente sobre una base de poliéster poroso. La eficiencia de filtración medida ha sido del 99,999 %. Por ser un filtro conductor de la electricidad se autodesinfecta activamente mediante destellos eléctricos capaces de producir calentamiento resistivo llegando a temperaturas superiores a 80 °C en segundos o menos. También han demostrado que tales temperaturas logran la desactivación completa de los virus retenidos en las superficie del filtro. Un prototipo equipado con un módulo de filtro de CNT logró una purificación del aire del 99% en una habitación en 10/20 minutos. El filtro multifuncional es especialmente útil para combatir la propagación viral de enfermedades transmitidas por el aire en entornos confinados como vehículos de emergencia, hospitales, centros de ocio y educación, ya sea que se utilice como unidad independiente o junto con calefacción, ventilación o aire acondicionado. Los beneficios de estos nanomateriales de filtración conductores son que proporcionan baja resistencia al flujo con alta eficiencia de captura y capacidad para el calentamiento y destrucción del material biológico.

Información complementaria:

Filtration of viral aerosols via a hybrid carbon nanotube active filter

Teléfonos celulares detectan virus con nano linternas

Los teléfonos celulares podrán convertirse en sensores capaces de detectar virus y otros objetos minúsculos mediante  una poderosa linterna-chip fabricada a nanoescala. Todos los materiales interactúan con la luz de manera diferente, un análisis de la radiación resultante  proporciona una especie de "huella digital",  máxime si se hacen incidir  varias longitudes de onda de forma de lograrse una imagen detallada y específica. En dos artículos recientes Nature Scientific Reports, un equipo de investigación del MIT describe su enfoque para diseñar linternas en chip con una variedad de características de haz de radiación e informan sobre la construcción y prueba exitosa de un prototipo.

Esquema de tres nano linternas diferentes. Crédito: Robin Singh, MIT  

El dispositivo lo crearon utilizando tecnologías de fabricación existentes familiares para la industria de la microelectrónica, por lo que podría implementarse a escala masiva con costos menores. Robin Singh y sus colegas crearon su diseño general a través del modelado computacional. Este incluyó enfoques convencionales basados en la física involucrada en la propagación y manipulación de la luz y técnicas de aprendizaje automático en las que se enseña a la computadora a predecir soluciones potenciales usando grandes cantidades de datos. Los investigadores utilizaron ese diseño para crear una linterna específica en la que los rayos de luz son perfectamente paralelos entre sí. Los haces colimados (paralelos) son clave para algunos tipos de sensores. La linterna general involucró unas 500 estructuras rectangulares a nanoescala de diferentes dimensiones que el modelado predijo como óptimas para producir un haz colimado. Las nanoestructuras de diferentes dimensiones dan lugar a diferentes tipos de haces que a su vez son clave para las aplicaciones. El enfoque de un amplio frente de radiación concentrado en un solo punto también podría usarse para crear una variedad de otras nano linternas con características específicas para otras aplicaciones. 

Lecturas complementarias: Design of optical meta-structures with applications to beam engineering using deep learning - Inverse design of photonic meta-structure for beam collimation in on-chip sensing

El principio de Le Châtelier, contaminación y destrucción.

Henri-Louis Le Châtelier

En 1884 el químico industrial francés Henri-Louis Le Châtelier (1850-1936) publicó el artículo Sur un énoncé général des lois des  équilibres  chimiques en  Comptes  Rendus  Académie de Sciences, en el cual enunció un principio de aplicación en la fisicoquímica del equilibrio químico conocido en la actualidad como  “El principio de Le Châtelier. Dice: “Cuando se produce una perturbación que altera el equilibrio de un sistema, éste evolucionará de tal manera que contrarreste, dentro de lo posible, dicha perturbación”. Expresado de manera más general podríamos decir que  cuando se altera un sistema de equilibrio, el sistema reaccionará para intentar restablecerlo nuevamente.Tal vez el virus causante de la pandemia o el rayo iniciador de un incendio forestal no son los protagonistas principales del evento, puede que solo sean un medio para tratar de restablecer el equilibrio del planeta. Los países basan buena parte de su economía en la producción industrial y la explotación de recursos naturales. Todo es un ciclo de producción y consumo sin considerar los daños producidos al ambiente. Por lo tanto constantemente se altera y perturba el equilibrio del suelo, del agua y del aire. 

La economía imperante vive a espaldas de los límites naturales impuestos por los recursos del planeta. Esta pérdida de contacto con la base material del proceso económico impide explicar el origen de algunos de nuestros problemas más graves y plantear alternativas viables. Lógico es suponer entonces una reacción de la naturaleza para restablecer el equilibrio. Viene una pandemia, baja el consumo y la producción, disminuyen los valores de dióxido de carbono, la contaminación ambiental, los animales vuelven a las ciudades…
Henri-Louis Le Châtelier fue distinguido como miembro de la Legión de Honor (Caballero) en 1887 y laureado con la Médaille Davy (distinción de la Royal Society) en 1916, pero no recibió el premio Nobel por su principio, tal vez porque no se supo valorar la advertencia de la naturaleza ni comprender que no será pasiva, va actuar con toda su fuerza divina, dentro de lo posible, para intentar restablecer el equilibrio en el planeta, destruya lo que destruya y muera quien muera.

Bibliografía

Le Chatelier, H.L.(1884). Sur un énoncé général des lois des équilibres  chimiques. Académie de Sciences (99, pp. 786-789).
Luego de la pandemia, la economía de las nuevas tecnologías.

Hidroxicloroquina-azitromicina, COVID-19 y Nanomedicina

La cloroquina y su derivado, la hidroxicloroquina, tienen una larga historia como medicamentos seguros y económicos para su uso como medidas profilácticas en regiones endémicas de malaria y como tratamientos diarios para enfermedades autoinmunes. El 20 de marzo del 2020 un grupo de investigadores del IHU-Méditerranée Infection, Marsella Francia, dirigidos por el Dr. Didier Raoult, publicaron en la revista International Journal of Antimicrobial Agents el artículo Hydroxychloroquine and azithromycin as a treatment of COVID-19: results of an open-label non-randomized clinical trial, expresando que “Por razones éticas y porque nuestros primeros resultados son tan significativos y evidentes, decidimos compartir nuestros hallazgos con la comunidad médica, dada la urgente necesidad de un medicamento efectivo contra el SARS-CoV-2 en el contexto de la pandemia actual”. La siguiente figura resume el efecto combinado de la hidroxicloroquina y la azitromicina sobre la cantidad de virus presente en los pacientes luego de cinco días de tratamiento.

Crédito: Didier Raoult y col.  International Journal of Antimicrobial Agents 

Dada la falta actual de una vacuna aprobada y efectiva, es importante evaluar los posibles efectos profilácticos y/ o terapéuticos de los medicamentos que están clínicamente aprobados para otras indicaciones. Los mecanismos precisos a través de los cuales la cloroquina puede actuar para atenuar las infecciones por el virus constituyen una valiosa información para la terapéutica. En el artículo publicado el 23 de marzo del 2020 en la revista Nature Nanotecnología “Insights from nanomedicine into chloroquine efficacy against COVID-19”, científicos de la Clínica Mayo (USA),  explican investigaciones de nanomedicina  vinculadas a la cloroquina y  la absorción de nanopartículas en las células, como un paso para interpretar su mecanismo de acción en los  potenciales tratamientos del COVID-19. Ellos han demostrado que la cloroquina es un inhibidor de amplio espectro de la endocitosis de nanopartículas de los macrófagos residentes. La cloroquina disminuye la acumulación de nanopartículas sintéticas de varios tamaños (14–2.600 nm)  de formas esféricas y discoidales en líneas celulares, así como en el sistema de fagocitos mononucleares. Finalmente proponen un mecanismo que implica la supresión inducida por cloroquina del PICALM, un adaptador de clatrina de selección de carga que detecta y conduce la curvatura de la membrana, regulando así la captación mediada por endocitosis de SARS-CoV-2:

Crédito: Tony Y. Hu, Matthew Frieman y Joy  Wolfram. Nature Nanotechnology. 

En momentos que pareciera acelerarse el tratamiento con hidroxiclorina y azitromicina en infecciones complejas y terminales, la publicación de artículos científicos relacionados avanzan con rapidez para intentar comprender y validar (o no) su potencial utilización.

Lecturas complementarias:

Hydroxychloroquine and azithromycin as a treatment of COVID-19

Insights from nanomedicine into chloroquine efficacy against COVID-19

El poder jaqueado por un pequeño virus.

La sociedad mundial observa atónita como quienes tienen el poder en el planeta impulsan a polémicos grupos antivacunas que, entre otras cosas, son responsables del resurgimiento del sarampión y niegan la problemática creciente del cambio climático a pesar del aumento de la temperatura, los grandes incendios y el derretimiento de los hielos. Todo desde una posición de poder y soberbia que no sólo ignora la palabra de la ciencia sino también pretende desafiarla y hasta ridiculizarla.

Poco pareciera importar los espectaculares avances logrados a partir de 1800 con la pila de A. Volta(1745-1827),  el electromagnetismo de M. Faraday(1791-1867), H. Oester(1777-1851) y J. Maxwell (1831-1879) en la segunda mitad del siglo XIX, a partir de 1900 con la teoría cuántica de M. Planck(1858-1947) que posibilitó el modelo atómico de N. Bohr(1885-1962) y en 1926 con el modelo atómico probabilístico de E. Schrödinger​ (1887-1961) y los posteriores desarrollos asociados a un modelo atómico confiable en áreas como la química, la medicina, la electrónica y la energía nuclear, ni la aparición en 1973 de la Biotecnología moderna (S. Cohen, 1935- y  H. Boyer, 1936- ) y en 1974 de la Nanotecnología (N.Taniguchi,1912-1999), necesarias ambas para hacer posible la vida en la tierra en las decadentes condiciones del siglo XXI. Esa falta de respeto a  la ciencia  implica que todo es discutible, objetable y manejable según las necesidades de los intereses políticos y económicos. 
De pronto aparece un pequeño virus, se dijo que muere mucha más gente por otras cosas, que era una noticia exagerada por los medios, etc. pero pronto se vio que no había discusión posible, la muerte no se puede discutir.  El poder y la soberbia son jaqueados por un pequeño virus. Tal vez un aviso a todos los mortales porque cuando la tierra no soporte más los desbarajustes climáticos no nos va dar una moratoria, ni una segunda oportunidad. El que avisa no traiciona.

Estrategia nano de las empresas farmacéuticas de punta.

La nanotecnología es útil en una amplia gama de industrias diferentes, pero tal vez una de sus aplicaciones más importantes es en la medicina. Desde complejos sistemas de administración de medicamentos hasta medicamentos antivirales a nanoescala, la nanotecnología en medicina tiene el potencial de marcar una gran diferencia en el sector de la salud. Citemos sólo algunas empresas nanofarmacéuticas cuyas acciones ya cotizan en los mercados:

NanoViricides(Shelton, EE.UU) está desarrollando medicamentos biomiméticos antivirales basados en la nanotecnología, dirigidos a la gripe, el VIH/SIDA, el herpes y la fiebre del dengue, entre otros. Un "nanoviricida" es un agente diseñado para engañar a un virus de modo que se adhiera a la nanomáquina antiviral, de la misma manera que el virus normalmente se adhiere a los receptores en la superficie de la célula. Una vez conectado, el nanoviricida flexible se envuelve alrededor del virus y lo atrapa. En el proceso, el virus también pierde las proteínas de cubierta que necesita para unirse a la célula. El virus se neutraliza y se destruye de manera efectiva. Un nanoviricida completa la tarea de desmantelar la partícula del virus sin la asistencia del sistema inmune. Por lo tanto, los nanoviricidas representan el próximo gran avance en "Inmunoterapéuticos" (anticuerpos y vacunas), que actualmente son estrategias antivirales bien establecidas. La empresa está realizando actualmente las pruebas de toxicidad para medicamentos como  HerpeCide y el FluCide. 

Crédito: NanoViricides Incorporated.

Starpharma Holdings(Melbourne, Australia). La tecnología subyacente de Starpharma se basa en los dendrímeros, un tipo de polímero a nanoescala sintético que es muy regular en tamaño-estructura y adecuado para usos farmacéuticos y médicos. Starpharma tiene dos programas básicos de desarrollo: VivaGel ^®  y DEP ^® para la administración de fármacos. El precio de las acciones de la compañía aumentó a principios de mayo cuando anunció que AstraZeneca había firmado un acuerdo de colaboración para elaborar una molécula de uso oncológico mejorada con dendrímeros.  AstraZeneca firmó el acuerdo con Starpharma para el uso de su plataforma de administración de medicamentos DEP® centrado en el desarrollo y la comercialización del compuesto oncológico.

ArrowheadResearch(California. EE.UU). Está desarrollando terapias de ARNi. Su tecnología implica el uso de Dynamic Polyconjugates (DPC), que son pequeñas nanopartículas. Arrowhead señala que el proceso ofrece una serie de ventajas sobre los sistemas basados en lípidos. Su producto  ARC-HIF2 está diseñado para atacar tejidos fuera del hígado. La capacidad de atacar tejidos fuera del hígado, incluidos los tumores, abre oportunidades adicionales para que Arrowhead desarrolle terapias de ARNi diferenciadas que aborden numerosas enfermedades sin opciones de tratamiento adecuadas en la actualidad.

Pen Inc.(Miami. EE.UU) se creó cuando Nanofilm y Applied Nanotech Holdings combinaron fuerzas para posicionarse mejor en el desarrollo de innovaciones basadas en la nanotecnología.  La compañía anunció que su limpiador de superficie HALO™ ha demostrado ser efectivo contra la propagación de los virus que causan Síndrome Respiratorio del Medio Oriente (MERS), H1N1 (gripe porcina) y Ébola.

Los ejemplos desarrollados y las perspectivas actuales sugieren que todavía hay mucho espacio para el crecimiento de las aplicaciones de la nanotecnología en las empresas farmacéuticas del futuro.