NANOMEDICINA (II): RESPIROCITOS, MICROBÍVOROS Y CLOTOCITOS, NANOROBOTS EN NUESTRA SANGRE

NANOMEDICINA (II): RESPIROCITOS, MICROBÍVOROS Y CLOTOCITOS, NANOROBOTS EN NUESTRA SANGRE

Hace unos años, la NASA propuso incluir nanorobots en píldoras, para detectar enfermedades en astronautas. ¿Estamos más cerca de llegar a ese punto de lo que pensamos? Se están diseñando nanorobots que, por ejemplo, podrían hacer que estuviésemos minutos sin respirar o que erradicasen infecciones en cuestión de segundos.

Lorena Tejada García 

María Velasco Estévez

Hace unos años, la NASA propuso incluir nanorobots en píldoras, para detectar enfermedades en astronautas. ¿Estamos más cerca de llegar a ese punto de lo que pensamos? Se están diseñando nanorobots que, por ejemplo, podrían hacer que estuviésemos minutos sin respirar o que erradicasen infecciones en cuestión de segundos.

¿Quién hubiera imaginado hace unos años que esto sería una realidad? Robert Freitas, investigador del Instituto de Fabricación Molecular de California ha sido uno de los audaces científicos que tuvo la convicción de que esta nueva realidad sí es posible. Freitas ha diseñado un glóbulo rojo artificial denominado respirocito, un macrófago artificial o microbívoro e incluso una plaqueta mecánica llamada clotocito [1].

Los respirocitos son unos nanorobots de una micra de diámetro que tienen la capacidad de imitar la acción de la hemoglobina dentro de los hematíes, liberando hasta 236 veces más de oxígeno que un glóbulo rojo normal. El material con el que está hecho es carbono diamantino, que le aporta muchísima resistencia, y en la superficie posee una serie de rotores que le permiten separar los gases del plasma de forma selectiva, almacenándolos de forma prácticamente pura.

Para poder controlar todo este proceso, tiene una gran variedad de sensores químicos, térmicos y de presión, y además posee un nanoprocesador que permite el control externo mediante señales acústicas para controlar el proceso en todo momento. Otro componente importante es un pequeño tanque que almacena glucosa siendo este el combustible para todo el sistema.
Entre las múltiples aplicaciones que tiene este diseño está su uso en casos de isquemia, asfixia, anemia o tumores [2,3].

Figura 1: Simulación de un respirocito en el torrente sanguíneo. Fuente: http://cala.unex.es/cala/epistemowikia/images/1/1b/Respirocito.png

Por su parte, los microbívoros son unos pequeños macrófagos capaces de fagocitar mucho más rápido y bajo el control humano. Son esferas aplanadas de 3 micras de diámetro en el eje mayor y 2 micras en el menor con los extremos cortados, de manera que por un extremo entre la bacteria y gracias a la acción de enzimas dentro del microbívoro salga degradada en azúcares simples, aminoácidos y ácidos grasos (inocuos para el organismo) por el otro extremo. Son capaces de realizar este proceso en medio minuto, mientras que nuestros macrófagos tardan entre 1 minuto y una hora. Este nanorobot podría marcar la diferencia entre vida y muerte en casos de septicemia [4].

Figura 2: Simulación de un microbívoro (fagocito artificial) en torrente sanguíneo. Fuente: http://colinwetherbee.com/images/microbivore-lg.jpg

Figura 3: diseño interior de un microbívoro. Fuente: http://www.foresight.org/Nanomedicine/Gallery/Images/microbivore_lge.jpg

Por último, se han diseñado también plaquetas artificiales denominadas clotocitos, que desempeñan la misma función que las plaquetas biológicas pero requieren una concentración 100 veces menor y son capaces de detener una hemorragia en tiempos de hasta 1 segundo. Estos nanorobots de 2 micras de diámetro contienen una malla de fibra compacta en su interior que liberan cuando detectan un cambio en las presiones parciales de oxígeno y dióxido de carbono gracias a unos sensores en su superficie, lo que le indica que la sangre está en contacto con el exterior, es decir, una ruptura de un vaso sanguíneo [5,6].

Figura 4: Clotocitos deteniendo una hemorragia. Fuente: https://www.foresight.org/Nanomedicine/Gallery/Images/Fibots6B_640.jpg

Si esto parece ciencia-ficción, hablar de fecundación con nanorobots o de neuronas robóticas parece de locos. La realidad es que este tipo de nanorobots se encuentran ahora mismo en desarrollo ayudando a eliminar ciertas barreras en la medicina que parecían imposibles de solventar.

BIBLIOGRAFÍA:

[1] Web del dr. Freitas, http://www.rfreitas.com/ Revisado 12 de Abril 2014

[2] Globomedia, http://es.globedia.com/nanorobots-en-la-medicina. Revisado 12 Abril 2014

[3] Freitas Jr. RA, Exploratory Design in Medical Nanotechnology: A Mechanical Artificial Red Cell. Artificial Cells, Blood Substitutes, and Immobil. Biotech. 26(1998):411-430

[4] Freitas Jr. RA, Microbivores: Artificial Mechanical Phagocytes using Digest and Discharge Protocol.http://www.rfreitas.com/Nano/Microbivores.htm#Sec6 Consultado 12 Abril 2014.

[5] Fahy GM., West MD., Coles LS., Harris SB., The Future of Aging: Pathways to Human Life Extension. Springer (2010): 741-745.

[6] Freitas Jr. RA, Clottocytes: Artificial Mechanical Platelets. IMM Report Number 18 (2001) http://www.imm.org/publications/reports/rep018/ Consultado 12 Abril 2014

https://nanotecnologia.fundaciontelefonica.com/2015/12/11/nanomedicina-ii-respirocitos-microbivoros-y-clotocitos-nanorobots-en-nuestra-sangre/

NANOESTRUCTURAS DE TITANIO PARA IMPLANTES ÓSEOS

NANOESTRUCTURAS DE TITANIO PARA IMPLANTES ÓSEOS

La aplicación de la nanotecnología y el empleo de materiales avanzados en el campo de la biomedicina está recibiendo una gran atención, habiéndose conseguido un gran desarrollo de la investigación durante los últimos años.

Miguel Ángel Cobos

El empleo de implantes ortopédicos consigue mejorar la calidad de vida de millones de pacientes cada año. A modo de ejemplo, en EE. UU. se colocan anualmente más de 400.000 prótesis articulares, la mayoría de rodilla y cadera, y en el mundo el número de prótesis asciende a más de un millón. Además, el número de pacientes que necesitan un implante ortopédico aumenta exponencialmente debido al envejecimiento progresivo de la población, siendo éste uno de los retos que requiere de un mayor desarrollo de la tecnología biomédica. Una de las más graves complicaciones asociadas al uso de estos implantes es la infección, que constituye una gran amenaza para el paciente en términos de morbilidad y mortalidad, con importantes implicaciones socioeconómicas. Una de las soluciones a estos problemas, no resueltos mediante el uso de materiales convencionales en implantes óseos, es el empleo de nuevos materiales de carácter nanométrico. Uno de estos casos consiste en emplear nanoestructuras de titanio en implantes. En 2015, investigadores del CSIC y de la Universidad Complutense de Madrid, desarrollaron un material adecuado para implantes formado por nanocolumnas de titanio, que presenta acción antibacteriana. Este nuevo compuesto, inspirado en la naturaleza, mitiga o evita el riesgo de infecciones asociadas a los implantes. El artículo referenciado en el medio digitalSiNC-La ciencia es noticia, destaca la demostración in-vitro de que las nanocolumnas tienen un comportamiento antibacteriano que no afecta a su biocompatibilidad. Uno de los aspectos que genera más interés es que este descubrimiento ha tenido su fundamento en replicar bio-miméticamente a la naturaleza. En concreto, se ha basado en la observación de las alas de las cigarras que tienen un patrón topográfico formado por nanopilares que les dotan de hidrofobicidad y acción antibacteriana, como se muestra en el siguiente vídeo.

Este trabajo, publicado en revistas de elevado impacto científico como Small y Nature, describe el mecanismo antibacteriano a partir del conocimiento de cómo las superficies de las alas de determinados insectos destruyen las bacterias. En la investigación se ha replicado dicha topografía empleando la técnica de pulverización catódica (sputtering) mediante la que se ha conseguido fabricar un recubrimiento nanoestructurado en forma de columnas de titanio. Este estudio es un ejemplo más de como un conocimiento profundo de la naturaleza permite encontrar soluciones en diversos campos como la Biomedicina.

Vista cenital de las nanocolumnas de titanio del recubrimiento para implantes óseos. / CSIC

El descubrimiento de este equipo de investigación es la base del proyecto NANOIMPLANT, uno de los ganadores del premio de innovación biomédica IDEA2 Madrid en su edición de 2014, una iniciativa de la Comunidad de Madrid y del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT).

https://nanotecnologia.fundaciontelefonica.com/2016/01/20/nanoestructuras-de-titanio-para-implantes-oseos/

El grafeno amenaza la era de los hidrocarburos

La industria podrá fabricar baterías de automoción que se cargan en ocho minutos y duran 1.000 kilómetros

El grafeno es el material de moda y uno de los elementos centrales de la investigación aplicada. Los expertos consideran que será clave en la próxima revolución industrial del siglo. El petróleo baja en los mercados internacionales, sea por cuestiones políticas o recaída económica, pero muchos sospechan que el desplome seguirá si la investigación en grafeno fructifica en inversiones industriales y comercializa las aplicaciones ya desarrolladas. Europa está por la labor y ha aportado recursos para su desarrollo. Las empresas han conseguido los primeros éxitos y todavía no se ven los límites en su aplicación cotidiana.

Graphenano, compañía española productora de grafeno a escala industrial, se ha unido a la Universidad de Córdoba para conseguir las primeras baterías de polímero de grafeno y los resultados han sido sorprendentes. Una batería se recarga en ocho minutos y ofrece una autonomía de 1.000 kilómetros para el automóvil que la incorpore. La empresa Grabat Energy será la encargada de la fabricación en serie este próximo año. Grandes firmas de automoción alemanas empiezan a probar las baterías con sus coches eléctricos.

NOBELPRIZE.ORG

Una red de grafeno, formado por átomos de carbono.

Una vez comprobada la existencia del bosón de Highs en la física cuántica, otro material abre avances tecnológicos para el futuro inmediato. Pero ¿qué es el denominado grafeno o 'material de dios'? El grafeno es una hoja de átomos de carbono del grosor de un átomo. Lograr esta fina capa es posible desde mediados de los 90, pero fue en el 2004 cuando físicos británicos, sucesivamente galardonados con el Nobel, lograron entender su funcionamiento físico, lo que permitió explotar sus extraordinarias propiedades: transparencia, conductividad eléctrica, resistencia y flexibilidad. Es el material más duro del mundo.

PROPIEDADES

Este material es extraordinariamente conductor tanto eléctrico (sus electrones se mueven cien veces más rápido que en el silicio) como térmico, es muy transparente, resulta mas resistente que el mismo diamante y doscientas veces más que el acero, muy flexible, tan denso, que ni siquiera el gas helio (el átomo más pequeño) lo puede atravesar, muy sensible a cualquier molécula que se deposite en su superficie y todo ello en finísimas capas de un átomo de espesor (un millón de veces más fino que una hoja de papel).

Otra interesante propiedad es que si al grafeno se le aplica una señal eléctrica de cierta frecuencia, genera otra onda del doble o el triple de frecuencia (es un multiplicador de frecuencias) por lo que permite trabajar a frecuencias de reloj mucho más altas de las actuales. En este sentido, algunas aplicaciones en informática permiten desarrollar chips con frecuencias de reloj impensables hasta ahora.

A NIVEL CUÁNTICO

A nivel cuántico, el grafeno presenta nuevas propiedades aún mas interesantes que hacen que el electrón se comporte como una partícula sin masa (como los fotones y los fermiones), con una velocidad unas cuatrocientas veces menor que la de la luz pero mucho mayor que la de los electrones en los metales, y que permite realizar en un pequeño trozo de grafeno muchos experimentos que hasta ahora solo se podían hacer en aceleradores de partículas como el Cern.

El grafeno, descubierto por los físicos Andre Geim y Konstantin Novoselov en la Universidad de Manchester, es fino, superconductor, transparente y de dureza extrema. En el 2012 la empresa alicantina Graphenano se convirtió en la primera fabricante mundial de grafeno a escala industrial. La nueva tecnología desarrollada por esta firma española aplicable a baterías de automoción incorpora polímero de grafeno en su composición. Las ventajas se traducen en densidad energética, duración, rapidez de carga, peso y precio. Las inversiones públicas de la UE han apostado por el grafeno, y algunas empresas españolas están colocadas en buena posición.

APLICACIONES

La firma Graphenano asegura que las baterías hechas con grafeno son capaces de durar hasta cuatro veces más que las tradicionales de hidruro metálico y dos veces más que las de litio. Así por ejemplo, un vehículo eléctrico podría alcanzar con esta tecnología los 1.000 kilómetros de autonomía, aseguran. Y todo ello con una carga que no supera los ocho minutos. Ademas, el grafeno permite reducir el peso de las baterías a la mitad de las convencionales. En teléfonos móviles el grafeno puede ser un avance importante, sin problemas de compatibilidad con tecnologías anteriores. Los problemas por quedarse sin batería pasarán a la historia por la elevada velocidad de recarga.

ASOCIACIÓN DE PRODUCTORES

Al menos cuatro empresas españolas implicadas en la producción de grafeno ocupan posiciones líderes en los mercados internacionales. El pasado mes de agosto se constituyó incluso una asociación de impulsores del grafeno, la Segra (Sociedad Europea del Grafeno). El objetivo de la asociación es la divulgación pública de este material cuyas aplicaciones pueden llegar a hacerse tan omnipresentes como el plástico.

Estas son las cuatro empresas españolas dedicadas a la producción de grafeno:

GRAPHENANO: Empresa lider mundial en la fabricación de grafeno con un 90% de capital español y un 10% de capital aleman, con sede en Alicante y centro de producción en Ciudad Real, que acaba de abrir una sede en Alemania. Esta empresa fabrica laminas de grafeno, cable de grafeno, grafeno en polvo y grafeno en piezas tridimensionales, y es tal su producción que se estima facture en el 2013 300 millones de Euros. Empresas como BMW o Toyota ya han contactado con ella para incluir el grafeno en sus vehículos.

GRAPHENEA NANOMATERIALS: Empresa con sede en San Sebastián fabrica laminas de grafeno, liderando en Europa esta producción enfocada principalmente a la investigación y desarrollo, tanto a centros de investigación como a empresas como Nokia, Philips, Nissan o Cannon. Se prevee que en breve alcancen una producción de 50.000 centímetros cuadrados de láminas de grafeno.

AVANZARE: Empresa con sede en Logroño cuya línea de producción es el grafeno en polvo, usado en múltiples aplicaciones y usos industriales como las tinturas semiconductoras para usos electrónicos o los aislantes, lo que hace de esta empresa única en España, pues su producción se vende a otras empresas para la producción de productos comercializables.

GRANPH NANOTECH: Empresa con sede en Burgos. Fabrica láminas de grafeno básicamente para la investigación.

GRAPHENDIS: Empresa con sede en Altea (Alicante) que se dedica a la investigación y distribución de grafeno a escala mundial.

http://www.elperiodico.com/es/noticias/ciencia/grafeno-amenaza-era-los-hidrocarburos-material-dios-3762464

100 LIBROS DE FÍSICA PARA DESCARGAR EN PDF

http://laberintosdeltiempo.blogspot.com.es/2015/09/100-libros-de-fisica-para-descargar-en.html?spref=fb

Hoy en Laberintos del Tiempo, les traigo una colección de 100 Libros de Física para descargar en PDF. La física es una de las más antiguas disciplinas académicas, tal vez la más antigua, ya que la astronomía es una de sus disciplinas. En los últimos dos milenios, la física fue considerada dentro de lo que ahora llamamos filosofía, química, y ciertas ramas de la matemática y la biología, pero durante la Revolución Científica en el siglo XVII surgió para convertirse en una ciencia moderna, única por derecho propio. Sin embargo, en algunas esferas como la física matemática y la química cuántica, los límites de la física siguen siendo difíciles de distinguir.

El área se orienta al desarrollo de competencias de una cultura científica, para comprender nuestro mundo físico, viviente y lograr actuar en él tomando en cuenta su proceso cognitivo, su protagonismo en el saber y hacer científico y tecnológico, como el conocer, teorizar, sistematizar y evaluar sus actos dentro de la sociedad. De esta manera, contribuimos a la conservación y preservación de los recursos, mediante la toma de conciencia y una participación efectiva y sostenida.

La física es significativa e influyente, no sólo debido a que los avances en la comprensión a menudo se han traducido en nuevas tecnologías, sino también a que las nuevas ideas en la física resuenan con las demás ciencias, las matemáticas y la filosofía.

La física no es sólo una ciencia teórica; es también una ciencia experimental. Como toda ciencia, busca que sus conclusiones puedan ser verificables mediante experimentos y que la teoría pueda realizar predicciones de experimentos futuros basados en observaciones previas. Dada la amplitud del campo de estudio de la física, así como su desarrollo histórico con relación a otras ciencias, se la puede considerar la ciencia fundamental o central, ya que incluye dentro de su campo de estudio a la química, la biología y la electrónica, además de explicar sus fenómenos.

La física, en su intento de describir los fenómenos naturales con exactitud y veracidad, ha llegado a límites impensables: el conocimiento actual abarca la descripción de partículas fundamentales microscópicas, el nacimiento de las estrellas en el universo e incluso conocer con una gran probabilidad lo que aconteció en los primeros instantes del nacimiento de nuestro universo, por citar unos pocos campos.

Esta tarea comenzó hace más de dos mil años con los primeros trabajos de filósofos griegos como Demócrito, Eratóstenes, Aristarco, Epicuro o Aristóteles, y fue continuada después por científicos como Galileo Galilei, Isaac Newton, Leonhard Euler, Joseph-Louis de Lagrange, Michael Faraday, William Rowan Hamilton, Rudolf Clausius, James Clerk Maxwell, Hendrik Antoon Lorentz, Albert Einstein, Niels Bohr, Max Planck, Werner Heisenberg, Paul Dirac, Richard Feynman y Stephen Hawking, entre muchos otros. 

Aquí les dejo una colección de 90 Libros de Física: 

90 Libros de Física para descargar

https://mega.nz/#F!T0ZBEBYT!_l8rjYy3QbECbe-0t9QPFQ

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Europa financia veinte proyectos españoles para que lleguen al mercado

El Consejo Europeo de Investigación ha otorgado hoy las becas ERC Proof of Concept destinadas a poner en práctica las ideas surgidas en proyectos financiados por este mismo organismo. Veinte iniciativas españolas se beneficiarán de estas 135 ayudas, de 150.000 euros cada una, que pretenden reducir la brecha entre la academia y la empresa.

Nuevas terapias contra el cáncer de mama, herramientas de software para analizar materiales magnéticos y una nueva plataforma de espectroscopia son solo algunos de los veinte proyectos españoles que han obtenido una beca ERC Proof of Concept (prueba de concepto en español). Con esta ayuda, los investigadores podrán, entre otras cosas, establecer derechos de propiedad intelectual, investigar oportunidades de negocio o llevar a cabo la validación técnica.

Desde su lanzamiento en 2011, el programa de financiación Proof Of Concept ha ayudado a más de 400 investigadores a encontrar una manera de conseguir que los resultados de investigaciones financiadas por el ERC lleguen al mercado y puedan hacer frente a retos sociales.

Romper la brecha entre universidad y mercado

Reino Unido, España, los Países Bajos y Alemania son los países que reciben más becas esta edición

“Las becas Proof of Concept ayudan a los investigadores reducir la brecha entre la academia y el mercado. Es una forma de impulsar la ciencia de frontera que conduce a la innovación", afirmas Carlos Moedas, Comisario de Investigación, Ciencia e Innovación de la Unión Europea. 

En esta edición, la institución europea ha concedido 135 becas. Los investigadores seleccionados están establecidos en instituciones de 17 países de toda Europa. Reino Unido (22 becas), España (20), los Países Bajos (17) y Alemania (15) son los cuatro países que reciben más ayudas en esta convocatoria.

"Sabemos que las becas ERC animan el espíritu emprendedor en los equipos que las reciben. Ejemplo de ello es el interés mostrado por nuestros beneficiarios por las becas Proof of Concept, que les ayudarán a convertir ideas innovadoras en soluciones viables”, concluye Jean-Pierre Bourguignon, presidente del Consejo Europeo de Investigación.

Los 20 de España y sus proyectos

Monserrat Calleja. Agencia Estatal Consejo de Investigaciones Científicas. "Spatially Multiplexed Spectrophotometry".

Oriol Casanovas. Instituto Catalán de Oncología. "Coordinated Development of Inhibitors and Biomarkers for Resistance to Antiangiogenics in Cancer – AngioResist".

Eugenio Coronado. Universidad de Valencia. "Hybrid Magnetic Supercapacitors".

Miquel Costas. Universidad de Girona. "Biologically inspired chiral oxidation catalysts for commercial applications of fine chemistry".

José Ramón Galan Mascarós. Instituto Catalán de Investigación Química. "A novel platform for user-friendly spectroscopy at very low temperatures and under strong magnetic fields".

Frank Koppens. Fundación Instituto de Ciencias Fotogénicas. "Hybrid quantum dot and graphene wearable sensor for systemic hemodynamics and hydration monitoring".

Luis Liz-Marzan. Asociación Centro de Investigación Cooperativa en Bomateriales - CIC bioma-GUNE. "System for the efficient and non-invasive harvesting and RElease of ADherent CELLs controlled by light controlled by light".

Andreu Llobera. Agencia Estatal Consejo Superior De Investigaciones Científicas. "Wide Spectral Range Photonic Glucometer".

Nuria López. Instituto Catalán de Investigación Química. "Big Data for Catalysis".

Susana Marcos. Agencia Estatal Consejo de Investigaciones Científicas. "Simultaneous Vision Simulator for optimizing selection of presbyopic corrections".

Ángel Nebreda. Instituto de Investigación Biomédica (IRB Barcelona). "New breast cancer therapies based on available p38 MAPK inhibitors".

Miguel Otaduy. Universidad Rey Juan Carlos. "Computer-Aided Fashion with Yarn-Level Fabric Models".

Romain Quidant. Fundación Instituto de Ciencias Fotogénicas. "Reconfigurable smart lens for adaptive imaging".

Xavi Ribas. Universidad de Girona. "Copper Catalysis Applications".

Almudena Rodriguez Ramiro. Fundacion Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares Carlos III. "Mir-28 replacement therapy for mature B cell neoplasias".

Martin Ruben. Instituto Catalán de Investigación Química . "Catalytic reductive carboxylation of unactivated olefins with carbon dioxide".

Samuel Sánchez. Instituto de Bioingeniería de Cataluña. "Active microcleaners for water remediation".

Xavier Serra. Universidad Pompeu Fabra. "Culture Aware Music Technologies".

Mel Slater. Universidad de Barcelona. "Personified Self Interaction".

María Varela Del Arco. Universidad Complutense de Madrid. "Software tools for fast, reliable analysis of magnetic materials in the electron microscope".

NANOMEDICINA (I): UNA MIRADA A LA MEDICINA DEL FUTURO

NANOMEDICINA (I): UNA MIRADA A LA MEDICINA DEL FUTURO

La nanotecnología es un campo de las ciencias aplicadas dedicado al control y manipulación de la materia a una escala menor de un micrometro, es decir, a nivel de átomos y moléculas. Tiene múltiples aplicaciones, y cuando estos conocimientos y tecnología se aplican a la salud, surge la nanomedicina.

Lorena Tejada García 

María Velasco Estévez

Diariamente escuchamos en los medios de comunicación nuevos descubrimientos nanotecnológicos que revolucionarán la ciencia tal y como la conocemos, ¿pero realmente sabemos qué es la nanotecnología? La nanotecnología es un campo de las ciencias aplicadas dedicado al control y manipulación de la materia a una escala menor de un micrometro, es decir, a nivel de átomos y moléculas [1]. Tiene múltiples aplicaciones, y cuando estos conocimientos y tecnología se aplican a la salud surge la nanomedicina, que es la aplicación nanotecnológica en la que nos centraremos aquí, el futuro de la medicina moderna ya que esta se queda corta en ciertos aspectos tanto de terapia como de diagnóstico.

El objetivo de la nanomedicina es el diagnóstico, terapia y prevención de enfermedades cuando todavía están poco avanzadas, así como el desarrollo de una medicina más personalizada [2].

La primera de las aplicaciones de la nanomedicina es el nanodiagnóstico. Este pretende identificar las enfermedades en sus estadíos iniciales mediante el uso de nanodispositivos. En la actualidad, el nanodispositivo más usado son las nanopartículas, unas estructuras de pocos nanómetros (1-10nm) que emitirán luz (de distintos colores) cuando se iluminan con una luz de longitud de onda determinada, sirviendo así como marcadores biológicos. Estas nanopartículas se están investigando para el diagnóstico de tumores, ya que se podrían diseñar para que se unan de forma específica a las células cancerígenas y detectar así el tumor in vivo antes incluso de lo que se podría con las técnicas actualmente empleadas. Para que esto sea posible y se unan de forma específica llevan en su superficie anticuerpos frente a proteínas tumorales, y para que no sean detectadas y captadas por los macrófagos (las células del sistema inmune que “se comen” o fagocitan patógenos y otras moléculas dañinas para nuestro cuerpo) se recubren de polietilenglicol. Este método de diagnóstico está aún en fase de experimentación animal, pero si pasa todas las fases de estudio se podrá emplear en humanos, con todo el impacto tanto social, sanitario y económico que esto conlleva [3,4].

Fuente: http://www.amgen.es/images/biotecnologia9/FigNanomedicina3.jpg

Otra de las aplicaciones posibles es la nanoterapia por liberación localizada de fármacos. Esta terapia permitiría que al actuar de forma localizada, se pudieran disminuir las dosis del fármaco además de tener un tratamiento más personalizado, por lo que los daños secundarios asociados al tratamiento serían menores. La base de esta nanoterapia es parecida a la de nanodiagnóstico: el fármaco está en el interior de una partícula que en su superficie tiene receptores específicos para que se dirija de forma directa al lugar de interés y solo allí se libere el fármaco. Con este método además se evita que el fármaco sufra modificaciones y cambie sus propiedades hasta que llegue a su diana de actuación [3,5].

Figura 2: (A) Fuente: http://cdn.medgadget.es/wp-content/uploads/2012/07/nanolipogel-internal-290×290.jpg (B) Http://estaticos03.elmundo.es/elmundo/imagenes/2011/08/05/nanotecnologia/1312543351_1.jpg

Por último, la nanomedicina regenerativa se quiere aplicar a la ingeniería de tejidos, es decir, para la regeneración de ciertos tejidos dañados por diferentes causas (quemaduras, mutilaciones…). Para ello se pretenden diseñar estructuras que favorezcan el crecimiento de tejidos en una zona determinada. La ingeniería de tejidos se puede apoyar en las herramientas que le ofrece la nanomedicina con el fin de desarrollar materiales que sirvan de molde para que sean colonizados por las células. Estos moldes colonizados se implantan en el paciente y al cabo del tiempo se reemplazan por tejido normal, con vasos y nervios. Para ello se usan materiales porosos que permiten que difundan los líquidos y que la vascularización sea más rápida. Se usan células madre adultas del paciente y una serie de moléculas que induzcan regeneración. El futuro está en conseguir esto mismo pero que el molde lleve directamente estas partículas de proliferación de manera que no se necesiten esas células madre [6].

Figura 3: Fuente: http://www.portalciencia.net/nanotecno/euromedicina1.jpg

Estas aplicaciones que hace unos años parecerían una locura sacada de una película de ciencia-ficción son ahora una realidad palpable y el futuro de la medicina como hasta ahora no la conocíamos. Es más, se está desarrollando a un ritmo vertiginoso por lo que en un futuro más próximo de lo que imaginamos podríamos encontrarla en nuestras consultas y tratamientos médicos habituales. Nos encontramos ante un campo de la ciencia cuyos beneficios e impacto en la sociedad son incalculables.

https://nanotecnologia.fundaciontelefonica.com/2015/12/10/nanomedicina-una-mirada-a-la-medicina-del-futuro-i/

BIBLIOGRAFÍA:

1. Wikipedia, http://es.wikipedia.org/wiki/Nanomedicina. Revisado 2 Abril 2014.
2. Mejías Y, Cabrera N, Toledo AM, Duany OJ. Nanotecnología y sus posibilidades de aplicación en el campo científico-tecnológico. Rev Cub Salud Pub V35(3) (2009)
3. Lechuga LM. La revolución de la nanomedicina. Dig CSIC Rev SEDISA 10 (2008), 38-43
4. Barranco O. Innovación en medicina: la nanomedicina (parte I). RevistaeSalud (dig) 11 (3). (2007).http://www.revistaesalud.com/index.php/revistaesalud/article/view/177/455. Revisado 7 Abril 2014.
5. Vasir JK, Reddy MK, Labhasetwarl VD. Nanosystems in drug targeting: Opportunities and challenges. Current Nanoscience 1, 45 (2005)
6. Portal ciencia (rev dig). http://www.portalciencia.net/nanotecno/index.html. Revisado 7 Abril 2014.

EL GRAFENO COMO MOTOR DE LOS ORDENADORES

EL GRAFENO COMO MOTOR DE LOS ORDENADORES

El grafeno es una estructura laminar plana, de un átomo de grosor, compuesta por átomos de carbono densamente empaquetados, en una red cristalina en forma de panal de abeja, mediante enlaces covalentes que se formarían en la superposición de carbonos enlazados. La alta conductividad térmica y eléctrica, así como una alta elasticidad y dureza, alta resistencia, menor efecto Joule, son sus propiedades más destacadas, entre otras muchas.

El premio Nobel de Física 2010 fue otorgado a  Andre Geim y Konstantin Novoselov por sus revolucionarios descubrimientos sobre el material bidimensional grafeno, un nuevo material bidimensional de características únicas que podría revolucionar los dispositivos electrónicos en pocos años.

Aunque algunos expertos aún se muestran cautos, otros apuntan a que el grafeno podría llegar a sustituir al silicio, con el que se fabrican los microchips. Se trata de un material extremadamente flexible y de enorme resistencia, relativamente barato y poco contaminante, con el que se podrían fabricar pantallas electrónicas enrollables. Asimismo, tiene un gran potencial en otros campos como la biotecnología o el desarrollo de paneles solares.

Una nueva técnica para el crecimiento de grafeno sobre metales relativamente inertes, que consiste en la descomposición térmica de baja energía por iones irradiados de etileno sobre superficies metálicas a elevada temperatura en ultra alto vacío. De esta manera se han hecho crecer monocapas de grafeno sobre Cu (111) y por primera vez sobre Au (111). Gracias a medidas de microscopía de efecto túnel (STM) y medidas espectroscópicas se observan interacciones débiles grafeno-metal.

Irradiación de etileno para la formación del grafeno sobre el metal

Para obtener grafeno sobre cristales de oro se utiliza un método distinto al tradicional. En la fórmula tradicional por deposición química se expone una superficie metálica a un gas, que se descompone dejando el carbono en el citado material y eliminando el hidrógeno.

En esta ocasión, al ser el oro un material inerte, el gas no logra ni siquiera pegarse a la superficie de oro.  Para subsanar este problema, se usa un cañón para ionizar el gas y lanzarlo contra la superficie de los cristales de oro, consiguiendo así que éste quede adherido a la superficie de oro.

Imágenes de una muestra de grafeno crecida sobre un sustrato de oro.

Las propiedades eléctricas del grafeno, dependen del sustrato en el que está apoyado, en concreto, la principal ventaja del sustrato de oro es que éste preserva las extraordinarias propiedades electrónicas que tendría una capa de grafeno ideal. Gracias a estas propiedades eléctricas, tales como la elevada movilidad de sus electrones, se está investigando la posibilidad de fabricar ordenadores mucho más rápidos que los actuales.

https://nanotecnologia.fundaciontelefonica.com/2014/01/22/el-grafeno-como-motor-de-los-ordenadores/

El virus de la hepatitis C, fármaco contra otros virus

Un estudio con modelos moleculares muestra su posible acción viricida contra el dengue, el sarampión, el virus del Nilo Occidental o el VIH

La única manera eficaz de combatir un virus es con una vacuna que active el sistema inmunitario contra el agente infeccioso. Pero, ¿y si se pudieran usar las armas de un virus contra otros virus? Un grupo de investigadores ha comprobado que el virus de la hepatitis C tiene una molécula que podría ser usada contra sí mismo y otras familias de virus como las del sarampión, el dengue o el VIH.

Contra las bacterias ya hay microorganismos con acción bactericida como las penicilinas e incluso se investiga el uso de virus bacteriófagos. Pero para los virus, más allá de algunos prometedores trabajos con bacterias viricidas como laWolbachia, solo hay estrategias defensivas como el desarrollo de una vacuna. Generalmente, se obtienen de versiones debilitadas, sin carga viral, del virus, pero con la capacidad de activar las defensas contra la infección. Un problema de este enfoque es que los virus mutan y hay que reformular la vacuna cada cierto tiempo, a veces cada año como sucede con el de la gripe.

El enfoque investigado por un grupo de científicos de EE UU y Singapur es muy diferente. Ellos quieren usar virus contra virus y quieren hacerlo aprovechando las habilidades de una molécula presente en el virus de la hepatitis C. Se trata del péptido HA, nombre que toma de su estructura en hélice alfa, un compuesto con un número menor de aminoácidos que las proteínas.

Una molécula del virus de la hepatitis C puede actuar contra virus con envolturas ricas en colesterol

"Estos péptidos forman parte de una proteína más grande, llamada NS5A, producida por el virus, es decir, codificada por el genoma viral, en el interior de la célula huésped", explica el investigador de la Universidad de California, Davis, y la Universidad Tecnológica de Nanyang, Atul Parikh. Una vez dentro de la célula infectada, NS5A secuestra los procesos y recursos celulares para la replicación del virus en otras células.

Pero esa misma habilidad para el secuestro del funcionamiento de las células es su talón de Aquiles. Su modo de acción puede ser usado para destruir la membrana que recubre el virus y protege su carga viral. Al debilitar la envoltura vírica, HA degrada el virus y su capacidad para infiltrarse en más células.

"Como el péptido inhibe el virus yendo contra su membrana, en vez de contra alguna proteína específica del virus de la hepatitis C, funciona contra un gran número de virus con envoltura vírica", comenta Parikh. En concreto, contra todos los virus que cuentan con esta capa exterior. No todos la tienen, pero sí familias como los Flaviviridae o los paramixovirus.

El estudio se basa en modelos moleculares no en virus y células vivas

Esa es la teoría, pero no estaba claro cómo esta molécula podría atacar la envoltura vírica sin hacerlo también a la membrana de las células sanas. La clave, según publican Parikh y sus colegas en la revista Biophysical Journal, está en el colesterol y otros lípidos presentes en la capa exterior tanto de virus como de células.

Sin que esté muy claro el porqué, HA "roba", en palabras de Parikh el colesterol de la cobertura, probablemente porque lo necesite para el proceso de replicación del virus. Pero lo más prometedor es que los científicos comprobaron que este péptido detecta y distingue entre células y virus en función de este y otros lípidos. 

De hecho, en los ensayos realizados por los investigadores, comprobaron que HA se unía a la envoltura vírica de varios virus como el dengue, el sarampión o el virus sincicial respiratorio, VSR, todos ellos con una capa exterior rica en colesterol y esfingolípidos. Además, al ser una membrana robada a las células, Parikh sostiene que "el virus no puede desarrollar resistencia contra el péptido porque el genoma viral no controla la envoltura vírica".

El virus no puede desarrollar resistencia contra el péptido"

ATUL PARIKH, UNIVERSIDAD DE CALIFORNIA, DAVIS

Los resultados de esta investigación son muy prometedores, ya que abren la posibilidad de que haya en el futuro un virus activo contra varios virus, evitando además el desarrollo de resistencias. Pero aún queda un buen trecho para convertir el virus de la hepatitis C en un antivirus. El estudio se ha realizado con modelos moleculares, es decir, con compuestos químicos que se parecen a células o funcionan como virus, pero que ni son unas ni otros.

"Estos resultados abren la posibilidad de que el péptido HA pueda ser usado para detener la entrada y por lo tanto la infección de células humanas por virus recubiertos con lípidos entre los que se incluye el VIH. Sin embargo, es necesario repetir los experimentos usando virus y células reales en lugar de vesículas lipídicas", comenta el científico de la Universidad Northwestern (EE UU), Armando Hernández García, no relacionado con el estudio. Después vendrían los ensayos con animales y, más tarde, humanos.

Para este investigador, que trabaja con virus artificiales como portadores de fármacos, esta investigación muestra que se pueden usar componentes de un virus en contra de otro o de sí mismo. Pero, para Hernández, habría que hacer muchos más estudios para despejar su principal duda: "que el péptido pudiera tener efectos tóxicos en células humanas ya que también podría interactuar con sus membranas y no solo con el virus".

http://elpais.com/elpais/2016/01/18/ciencia/1453106239_334424.html

http://elpais.com/elpais/2015/12/09/ciencia/1449684423_617874.html