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UNIVERSIDAD NACIONAL UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICOAUTÓNOMA DE MÉXICO

Facultad de Química.Facultad de Química.Departamento de Farmacia.Departamento de Farmacia.

“NANOTECNOLOGÍA EN EL DESARROLLO “NANOTECNOLOGÍA EN EL DESARROLLO FARMACÉUTICO”FARMACÉUTICO”

•• Q.F.B ABRAHAM FAUSTINO VEGAQ.F.B ABRAHAM FAUSTINO VEGA

•• "Los principios de la física, "Los principios de la física, tal y como yo los entiendo, tal y como yo los entiendo, no niegan la posibilidad de no niegan la posibilidad de manipular las cosas átomo manipular las cosas átomo por átomo... Los problemas por átomo... Los problemas de la química y la biología de la química y la biología podrían evitarse si podrían evitarse si desarrollamos nuestra desarrollamos nuestra habilidad para ver lo que habilidad para ver lo que estamos haciendo, y para estamos haciendo, y para hacer cosas al nivel hacer cosas al nivel atómico", dijo atómico", dijo FeynmanFeynman en en 1959.1959.

¿QUÉ ES LA ¿QUÉ ES LA NANOTECNOLOGÍA?NANOTECNOLOGÍA?

El concepto de Nanotecnología engloba El concepto de Nanotecnología engloba aquellos campos de la ciencia y la técnica en aquellos campos de la ciencia y la técnica en los que se estudian, se obtienen y/o los que se estudian, se obtienen y/o manipulan de manera controlada materiales, manipulan de manera controlada materiales, sustancias y dispositivos de muy reducidas sustancias y dispositivos de muy reducidas dimensiones, en general inferiores a la micra, dimensiones, en general inferiores a la micra, es decir, a escala nanométrica.es decir, a escala nanométrica.

¿QUÉ ES NANO?Una persona = alrededor de 2 m

Una hormiga = aproximadamente 1 cm (10-2).

Una célula = 20 micrómetros (10-6)

Un ribosoma = 25 nanómetros.

Un nanómetro cúbico = aproximadamente 258 átomos de carbono.

•• Así, el ámbito de la Nanotecnología Así, el ámbito de la Nanotecnología incluye, además de las áreas del saber incluye, además de las áreas del saber relacionadas con su origen, tanto de la relacionadas con su origen, tanto de la Física, la Química, la Ingeniería o la Física, la Química, la Ingeniería o la Robótica, otros campos en su comienzo Robótica, otros campos en su comienzo más alejados, pero para los que ya hoy en más alejados, pero para los que ya hoy en día tiene una gran importancia, como son día tiene una gran importancia, como son la Biología, la Medicina o el Medio la Biología, la Medicina o el Medio Ambiente. Ambiente.

•• Un investigador llamado Don Un investigador llamado Don Eigler Eigler (1989) utilizó un microscopio (1989) utilizó un microscopio electrónico del tipo electrónico del tipo scanningscanning--tunnelingtunneling, STM, para mover átomos , STM, para mover átomos de xenón y escribir las siglas IBM.de xenón y escribir las siglas IBM.

Eric Eric DrexlerDrexler fue la primer persona en fue la primer persona en analizar en detalle la posibilidad desde el analizar en detalle la posibilidad desde el punto de vista físico de construir un punto de vista físico de construir un ensamblador molecular universal. Una vez ensamblador molecular universal. Una vez que un dispositivo de este tipo se halla que un dispositivo de este tipo se halla desarrollado hará posible la producción de desarrollado hará posible la producción de bienes de consumo con el único costo de bienes de consumo con el único costo de la energía para fabricarlos y los átomos la energía para fabricarlos y los átomos empleados para construir el bien de empleados para construir el bien de consumo deseado. consumo deseado.

Algunos ejemplos de aplicaciones de las Algunos ejemplos de aplicaciones de las distintas ramas de la nanotecnología son: distintas ramas de la nanotecnología son: –– Dispositivos nanoelectrónicos Dispositivos nanoelectrónicos –– Recubrimientos Recubrimientos –– Catalizadores nanoestructurados Catalizadores nanoestructurados –– Biosensores y biodetectores Biosensores y biodetectores –– Nanosistemas para administración de Nanosistemas para administración de

fármacos.fármacos.

•• La idea de los científicos que desarrollan La idea de los científicos que desarrollan proyectos nanotecnológicos no solo aspira proyectos nanotecnológicos no solo aspira a la ubicación de átomos a nivel individual, a la ubicación de átomos a nivel individual, sino a la creación de máquinas sino a la creación de máquinas moleculares capaces de crear, átomo a moleculares capaces de crear, átomo a átomo, todo lo que hoy nos rodea o lo que átomo, todo lo que hoy nos rodea o lo que deseemos tener en el futuro. deseemos tener en el futuro.

Sin embargo, el impacto más importante Sin embargo, el impacto más importante de las tecnologías a de las tecnologías a nanonano escala podría escala podría resultar de la fusión de la nanotecnología resultar de la fusión de la nanotecnología y la biotecnología: una nueva disciplina y la biotecnología: una nueva disciplina apenas reconocida, llamada: apenas reconocida, llamada: NanoNano--biotecnologíabiotecnología. .

La tesis definitiva es que si se toman La tesis definitiva es que si se toman prestadas ideas de la naturaleza y se prestadas ideas de la naturaleza y se cuenta con capacidades generadas por el cuenta con capacidades generadas por el avance de la ciencia, sería posible avance de la ciencia, sería posible construir máquinas que podrán influir construir máquinas que podrán influir sobre el orden de los átomos, de manera sobre el orden de los átomos, de manera tan precisa como para emular el proceso tan precisa como para emular el proceso de creación.de creación.

•• En la industria de medicamentos se busca En la industria de medicamentos se busca lograr, por medio de nanotecnología, lo lograr, por medio de nanotecnología, lo que logra en cada instante nuestro cuerpo que logra en cada instante nuestro cuerpo y el de millones de seres vivos sobre el y el de millones de seres vivos sobre el mundo, pero en condiciones controladas mundo, pero en condiciones controladas de laboratorio: la construcción átomo a de laboratorio: la construcción átomo a átomo de moléculas complejas que hacen átomo de moléculas complejas que hacen a las funciones primordiales de la vida a las funciones primordiales de la vida (como la insulina, por dar un ejemplo). (como la insulina, por dar un ejemplo).

MicropáncreasMicropáncreas artificial realizado por artificial realizado por TejalTejal

DesaiDesai de la Universidad de Illinois.de la Universidad de Illinois.

Potenciales aplicaciones médicasPotenciales aplicaciones médicas

Máquinas moleculares y computadoras de tamaño subcelular.

Servir como un sistema autoinmune potenciado.

Buscar y destruir virus, colesterol, excesos de grasa, células cancerígenas y marcadores genéticos.

Eliminar la necesidad de cirugía.

Borrar los procesos degenerativos.

Nanopartículas de hierro contra tejidos Nanopartículas de hierro contra tejidos cancerígenoscancerígenos

•• Investigadores ingleses inyectaron Investigadores ingleses inyectaron nanopartículas con base de hierro y recubiertas nanopartículas con base de hierro y recubiertas de biomoléculas en un tumor.de biomoléculas en un tumor.

•• A raíz de su fuerte necesidad de energía, las A raíz de su fuerte necesidad de energía, las células cancerígenas absorbieron las células cancerígenas absorbieron las nanopartículas más rápidamente que las células nanopartículas más rápidamente que las células sanas. Luego, las sanas. Luego, las npnp fueron calentadas con la fueron calentadas con la ayuda de campos magnéticos, lo que tuvo como ayuda de campos magnéticos, lo que tuvo como consecuencia la destrucción del tumor.consecuencia la destrucción del tumor.

MinMinúúsculas csculas cáápsulas, mucho mpsulas, mucho máás peques pequeññas que estas cas que estas céélulas de lulas de sangre, podrsangre, podríían ser un dan ser un díía inyectadas en la corriente sangua inyectadas en la corriente sanguíínea de las nea de las personas para tratar enfermedades como el cpersonas para tratar enfermedades como el cááncer.ncer.

Encabezados por el físico Joseph Encabezados por el físico Joseph JacobsonJacobsony el ingeniero biomédico y el ingeniero biomédico ShuguangShuguang ZhangZhang, , acomodaron nanopartículas de oro (de 1.4 acomodaron nanopartículas de oro (de 1.4 nanómetros de diámetro) a ciertas tiras de nanómetros de diámetro) a ciertas tiras de ADN.ADN.

Cuando el ADN con oro se expone a un Cuando el ADN con oro se expone a un campo magnético, las tiras se separan, campo magnético, las tiras se separan, cuando se retira ese campo magnético, las cuando se retira ese campo magnético, las tiras se recomponen inmediatamente: el tiras se recomponen inmediatamente: el resultado es un resultado es un switchswitch que permitirá que permitirá encender y apagar los genes a voluntad.encender y apagar los genes a voluntad.

Se van a utilizar conjuntamente las técnicas de la experimentación genética y de la manipulación nanotecnológica para la producción de moléculas más sencillas que el ADN y que se puedan autoreplicar mas rápidamente y autoensamblarse con las unidades de memoria en diminutos robots con un funcionamiento predeterminado.

El objetivo es agilizar el desarrollo de El objetivo es agilizar el desarrollo de fármacos, permitiendo que los fármacos, permitiendo que los investigadores de la industria farmacéutica investigadores de la industria farmacéutica simulen los efectos de un fármaco que simulen los efectos de un fármaco que aparentemente también active y desactive aparentemente también active y desactive ciertos genesciertos genes..

APLICACIÓN DE LA NANOTECNOLOGÍA EN LA INDUSTRIA

FARMACÉUTICA, HOY

• El uso de sistemas de liberación controlada, representa una opción viable para mejorar algunos problemas con la eficacia terapéutica y farmacocinética para diferentes sustancias activas.

Los sistemas particulados de liberación controlada, son acarreadores de tamaño coloidal (10nm a 0.5 µm). los cuales pueden tomar diferentes formas:

• Liposomas (Vesìculas con Fosfolipidos)

• Niosomas( Vesículas Ts-No iónicos)

• Microemulsiones

• Nanopartículas(Poliméricas , Sólidas Lipídicas)

Preparación de nanopartículasPreparación de nanopartículas

•• SaltingSalting--OutOut•• Desplazamiento de disolventeDesplazamiento de disolvente•• FusiónFusión--dispersióndispersión•• MicroemulsionesMicroemulsiones

Polímeros utilizados en SLCPolímeros utilizados en SLC

•• Ácido Ácido PolilácticoPoliláctico (PLA).(PLA).•• Ácido Ácido PoliglicólicoPoliglicólico (PGA).(PGA).•• Ácido Ácido PolilácticoPoliláctico--coco--glicólico glicólico (PLGA).(PLGA).•• PolietilenglicolPolietilenglicol (PEG).(PEG).•• QuitosanQuitosan..

Unión de fármacos a nanopartículas

.- Las nanopartículas se pueden producir en presencia del fármaco o adsorberlo después a las nanopartículas vacías.

.- Si está presente:•Acoplamiento covalente al polímero.•Formación de una dispersión o disolución sólida.

Fármaco cargado a nanopartículas por adsorción

Unión de fármacos a nanopartículas

.- Si se adiciona después:•Unión covalente.•Adsorción: en superficie o formación de dispersión sólida.

Fármaco cargado a nanopartículas por incorporación

CARACTERIZACIÓN DE NANOPARTÍCULAS

Parámetro Método

Tamaño de partícula

Espectrometría de correlación fotónicaMicroscopía electrónica de transmisiónMicroscopía electrónica de barrido (SEM)SEM combinada con espectrometría de energía dispersiva de Rayos-X.

Densidad Picnometría de compresión de helio

Cristalinidad Difracción de Rayos-XCalorimetría de barrido diferencial

Carga superficial ElectroforesisAnemometría laser Dopler

Hidrofobicidad Cromatografía de interacción hidrofóbicaMedidas de ángulo de contacto

Propiedades de superficie

Espectrometría de masas de iones secundarios estáticos

Análisis de elementos en la superficie

ESCA (Espectroscopia fotoelectrónica de Rayos-X para análisis químico

Aplicaciones de las nanopartículas

• Citoestáticos

• Anti-infecciosos

• Péptidos

• Administración peroral

• Administración oftálmica

• Antiinflamatorios

•• La nanotecnología es, evidentemente, por La nanotecnología es, evidentemente, por lo que se puede mostrar, un área en la lo que se puede mostrar, un área en la que se está aún en pañales. Pero que se está aún en pañales. Pero sabemos que cuando se empieza a saber sabemos que cuando se empieza a saber a nivel de divulgación de proyectos como a nivel de divulgación de proyectos como los descritos, suele haber muchos más en los descritos, suele haber muchos más en las sombras que no se dan a conocer por las sombras que no se dan a conocer por razones de protección industrial, razones de protección industrial, resguardo de ideas y razones estratégicas resguardo de ideas y razones estratégicas de estado.de estado.

•• En Física, Química, Biología y en En Física, Química, Biología y en Ingeniería de Materiales es el momento Ingeniería de Materiales es el momento de la de la NanocienciaNanociencia. Y ésta es . Y ésta es fundamentalmente investigación básica fundamentalmente investigación básica e e interdisciplinarinterdisciplinar..

•• La Nanotecnología se desarrollará más La Nanotecnología se desarrollará más adelante, e irá entrando poco a poco en adelante, e irá entrando poco a poco en nuestras vidas.nuestras vidas.

La nanotecnología es multidisciplinaria: La nanotecnología es multidisciplinaria: requiere de las aportaciones de científicos requiere de las aportaciones de científicos de campos muy diversos y especialmente de campos muy diversos y especialmente de físicos, ingenieros y biólogos. Algo que de físicos, ingenieros y biólogos. Algo que seguramente retrasará todo el proceso.seguramente retrasará todo el proceso.

Se estima que este campo de Se estima que este campo de investigación, que brotó recién en los investigación, que brotó recién en los últimos años, ha provocado la últimos años, ha provocado la creación de 275 empresas hasta creación de 275 empresas hasta 1996, con ingresos por 5 mil millones 1996, con ingresos por 5 mil millones de dólaresde dólares..

En 2002, sólo el Gobierno de los Estados En 2002, sólo el Gobierno de los Estados Unidos ha aprobado dedicar ya 465 Unidos ha aprobado dedicar ya 465 millones de euros y quiere aprobar 110 millones de euros y quiere aprobar 110 más. Japón invertirá cifras similares, y la más. Japón invertirá cifras similares, y la Unión Europea ha asignado 1.300 millones Unión Europea ha asignado 1.300 millones de euros para uno de sus programas de euros para uno de sus programas marco entre los años 2002 y 2006.marco entre los años 2002 y 2006.

•• Aunque el esplendor de la nanotecnología Aunque el esplendor de la nanotecnología se asegura para el año 2030 es probable se asegura para el año 2030 es probable que los conocimientos adquiridos en el que los conocimientos adquiridos en el avance de otras ciencias como la genética avance de otras ciencias como la genética puedan aportar técnicas y pistas que puedan aportar técnicas y pistas que adelanten la fecha a 2015.adelanten la fecha a 2015.

Actualmente una quinta parte de los Actualmente una quinta parte de los negocios nanotecnológicos en los Estados negocios nanotecnológicos en los Estados Unidos (el 21%), usan Unidos (el 21%), usan nanobiotecnologíananobiotecnologíapara desarrollar productos farmacéuticos, para desarrollar productos farmacéuticos, sistemas de administración de sistemas de administración de medicamentos dentro del cuerpo humano medicamentos dentro del cuerpo humano y otros productos relacionados con la y otros productos relacionados con la atención de la salud y la industria de los atención de la salud y la industria de los cosméticos. cosméticos.

Nanopartículas de alcohol estearílico.

Nanopartículas de alcohol estearílico.

"El dilema no es si la nanotecnología va a ser "El dilema no es si la nanotecnología va a ser una realidad, sino cuándo"una realidad, sino cuándo"